DE102014112175A1

DE102014112175A1 - Verfahren zum Betreiben einer optoelektronischen Baugruppe und optoelektronische Baugruppe

Info

Publication number: DE102014112175A1
Application number: DE102014112175.9A
Authority: DE
Inventors: Kilian Regau
Original assignee: Osram Oled GmbH
Current assignee: Pictiva Displays International Ltd
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2034-08-27
Also published as: CN106489302A; DE102014112175B4; KR101973871B1; WO2016030382A3; KR20170026598A; US20180213617A1; US10231311B2; CN106489302B; WO2016030382A2

Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Betreiben einer optoelektronischen Baugruppe (100) bereitgestellt. Die optoelektronische Baugruppe (100) weist mindestens einen Bauelementstrang (22) mit mindestens einem Abschnitt (102, 110) auf. Der Abschnitt (102, 110) weist mindestens ein Leuchtdiodenelement (12, 14, 16, 18) auf. Der Abschnitt (102, 110) wird mit elektrischer Energie versorgt. Die Versorgung des Abschnitts (102, 110) mit elektrischer Energie wird unterbrochen. Ein Eingang (106, 116) des Abschnitts (102, 110) des Bauelementstrangs (22) wird mit einem Ausgang (108, 118) des Abschnitts (102, 110) des Bauelementstrangs (22) elektrisch gekoppelt. Ein Maximalwert eines elektrischen Entladestroms, der über die elektrische Kopplung des Abschnitts (102, 110) fließt, wird erfasst. Abhängig von dem erfassten Maximalwert wird ermittelt, ob der Abschnitt (102, 110) des Bauelementstrangs (22) einen Kurzschluss aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer optoelektronischen Baugruppe und eine optoelektronische Baugruppe.
Eine optoelektronische Baugruppe kann beispielsweise ein, zwei oder mehr Leuchtdiodenelemente aufweisen. Die Leuchtdiodenelemente können beispielsweise Leuchtdioden (LEDs) und/oder organische Leuchtdioden (OLEDs) oder Teile oder Segmente von Leuchtdioden (LEDs) bzw. organischen Leuchtdioden (OLEDs) sein.
Trotz aufwändiger Qualitätskontrollen von Leuchtdiodenelementen, kann nicht vollständig ausgeschlossen werden, dass die Leuchtdiodenelemente in der Anwendung spontan ausfallen. Beispielsweise bei einer OLED ist ein typisches Fehlerbild für einen Spontanausfall ein Kurzschluss (englisch: Short) zwischen den Elektroden des entsprechenden Leuchtdiodenelements. Solch ein Kurzschluss ist in der Regel kleinflächig. Es konzentriert sich daher ein Großteil des Gesamtstromes in dem kleinflächigen Kurzschlusspunkt. Die Stromdichte ist folglich in dem Kurzschlusspunkt deutlich überhöht, womit sich dieser Kurzschlusspunkt abhängig von seiner flächigen Ausdehnung stark erhitzen kann. Dies kann zum Aufschmelzen der Elektroden, zu dunklen Flecken im Leuchtbild der OLED, zu einer komplett dunklen OLED und/oder zu einer heiß werdenden Stelle auf der OLED führen.
Um eine potenzielle Gefahr durch diese Überhitzung (Verbrennungsgefahr, Brand, Bersten etc.) zu verhindern, sollte ein solcher Kurzschluss von einer Treiberelektronik der optoelektronischen Baugruppe erkannt werden und eine geeignete Schutzreaktion eingeleitet werden (Abschaltung der OLED oder der optoelektronischen Baugruppe. Umleiten des Versorgungsstroms um die kurzgeschlossene OLED, Ausgeben eines Warnsignals etc.). Beispielsweise im Automobilbereich wird gefordert, dass defekte OLEDs oder LEDs, beispielsweise in Rückleuchten, elektronisch erkannt und zumindest ans Bordsystem gemeldet werden.
Eine gängige Verschaltungen von Leuchtdiodenelementen, beispielsweise OLEDs, einer optoelektronischen Baugruppe in der Anwendung ist aus technischen Gründen und aus Kostengründen die Serienschaltung der Leuchtdiodenelemente. Beispielsweise können mehrere Leuchtdiodenelemente in einer Leuchtdiode in Reihe geschaltet werden und/oder es können mehrere Leuchtdioden in Reihe geschaltet werden. Bei vielen Anwendungen, beispielsweise im Automobilbereich oder im Bereich der Allgemeinbeleuchtung, werden daher mehrere Leuchtdiodenelemente elektrisch in Reihe geschaltet. Sollen mit einfachen Verfahren einzelne defekte Leuchtdiodenelemente in einer Reihenschaltung erkannt werden, stellt dies eine besondere Herausforderung dar.
Aus US 2011 204 792 A1 , WO 2010 060 458 A1 und WO 2012 004 720 A2 sind Verfahren zum Ermitteln von Kurzschlüssen einzelner OLEDs bekannt, bei denen eine Über- oder Unterspannung an der entsprechenden OLED als Kriterium für einen Defekt verwendet wird. Auf die Erkennung des Kurzschlusses wird mit einem Umleiten des Ansteuerstroms (Bypassing) und/oder mit einer Fehlersignalerzeugung reagiert.
Im Bereich der Allgemeinbeleuchtung ist es typisch, dass flexible Steuervorrichtungen einen variablen Ausgangsspannungsbereich haben. Dadurch kann eine variable Anzahl an Leuchtdiodenelementen an die Steuervorrichtungen angeschlossen werden, Die tatsächlich angeschlossene Anzahl ist bei der Programmierung und/oder der Entwicklung der Steuervorrichtungen nicht bekannt. An einen typischen Treiberschaltkreis aus dem Bereich der Allgemeinbeleuchtung können beispielsweise zwischen zwei und sieben OLEDs angeschlossen werden. Die Anzahl ist in dem vorgegebenen Rahmen variabel, d. h. feste Unterspannungs-Erkennungsschwellen können bei dem Treiberschaltkreis nicht festgelegt werden. Eine Eingabemöglichkeit am Treiberschaltkreis zum Eingeben der Anzahl der angeschlossenen Leuchtdiodenelemente ist aufwändig und teuer.
1 zeigt eine herkömmliche optoelektronische Baugruppe 10, die ein erstes Leuchtdiodenelement 12, ein zweites Leuchtdiodenelement 14, ein drittes Leuchtdiodenelement 16 und ein viertes Leuchtdiodenelement 18 aufweist. Die Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 sind in einem Bauelementstrang 22 der optoelektronischen Baugruppe 10 angeordnet. Das zweite Leuchtdiodenelement 14 weist einen Kurzschluss auf, der in 1 als Kurzschlusswiderstand 24 eingezeichnet ist. Der Kurzschlusswiderstand 24 ist zu dem zweiten Leuchtdiodenelement 14 elektrisch parallel geschaltet und verhält sich elektrisch ähnlich zu einem ohmschen Widerstand, wobei der Wert des Widerstandes abhängig von der Art des Kurzschlusses variieren kann.
Mit einer Messung der Vorwärtsspannung gemäß den herkömmlichen Verfahren zum Ermitteln des Kurzschlusses bei den in den 1 und 2 dargestellten optoelektronischen Baugruppen 10 ergeben sich, sofern nicht an jedem Leuchtdiodenelement 12, 14, 16, 18 einzeln gemessen wird, folgende Probleme: Der Widerstandswert (R_Short) des Kurzschlusswiderstands 24 liegt, beispielsweise bei einer OLED, in einem weiten Bereich, beispielsweise zwischen 10 Ohm und mehreren kOhm. Mit einem Eingang des Bauelementstrangs 22 und einem Ausgang des Bauelementstrangs 22 kann im Nennbetrieb nur eine Gesamtspannung (Uges) über alle Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 erfasst werden. Die Gesamtspannung entspricht somit bei gleichen Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, 18 einem Vierfachen entsprechender Einzelspannungen (Uf) der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 und ergibt sich ohne Kurzschluss zu Uges = 4 × Uf.
Liegt bei einem der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 der Kurzschluss vor, so ergibt sich Uges = 3 × Uf + R_Short × I.
Bei einer Einzelspannung von Uf = 6 V, einem Nennbetriebsstrom (I) von 300 mA und einem Kurzschluss mit einem Widerstandswert von 10 Ohm ergibt sich die Gesamtspannung zu Uges = 3 × 6 V + 10 Ohm × 0,3 A = 21 V.
Stellt man die Erkennungsschwelle (U_T) für den Kurzschluss bei einem der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 auf das dreieinhalbfache der Einzelspannung, so ergibt sich die Erkennungsschwelle zu U_T = 3,5 × 6 V = 21 V.
Somit liegt die Gesamtspannung bei diesem Beispiel exakt auf der Erkennungsschwelle, was bei in der Realität auftretenden Streuungen der entsprechenden Messwerte keine ausreichende Erkennungssicherheit ergibt.
Weist der Kurzschluss lediglich einen Widerstandswert von beispielsweise 50 Ohm auf, so ergibt sich die Gesamtspannung zu Uges = 3 × 6 V + 4,8 V = 22,8 V, weshalb der Kurzschluss mit der vorstehenden Erkennungsschwelle U_T = 21 V nicht als solcher erkannt wird. Dies kann darin begründet sein, dass ein entsprechender Kurzschluss hochohmiger sein kann als die Organik der kurzgeschlossenen OLED. Die Einzelspannung der entsprechenden OLED wird somit hauptsächlich von der Organik bestimmt und nicht von dem Kurzschluss. Dennoch ist die Stromdichte an dem Kurzschlusspunkt erhöht, was zu der Temperaturerhöhung führt, weshalb auf den Kurzschluss reagiert werden sollte.
Bei flexiblen Steuervorrichtungen zum Anschließen verschiedener Anzahlen von Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, 18 geht die herkömmlich erkennbare Reduzierung der Gesamtspannung durch einen Kurzschluss prozentual unter, insbesondere bei langen Stranglängen, oder wird durch den Spannungsabfall an dem Kurzschluss teilweise aufgehoben und ist damit toleranzanfällig. Eine bei der Gesamtspannung vorliegende Signatur des Kurzschlusses ist schwer oder gar nicht erkennbar, da bei undefinierten Stranglängen, für jede Stranglänge eine eigene Fehlerschwelle festgelegt werden müsste.
Somit ergeben sich die Probleme, dass bei einem Kurzschluss die Einzelspannung über das kurzgeschlossene Leuchtdiodenelement 12, 14, 16, 18 wegen dem Spannungsabfall an den Kurzschluss im Nennbetrieb nicht unbedingt signifikant abfällt verglichen mit einem Leuchtdiodenelement 12, 14, 16, 18 ohne Kurzschluss und dass bei einer unbekannten Anzahl von Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, 18 grundsätzlich nicht erkannt werden kann, ob die Gesamtspannung normal oder wegen eines Kurzschlusses niedriger als normal ist.
Daher ist es bekannt, lediglich ein Leuchtdiodenelement pro Treiberschaltkreis vorzusehen, also keine Reihenschaltung, oder an jedem Leuchtdiodenelement wird eine eigene Detektionselektronik angebracht oder es müssen an jedem OLED-Verbindungspunkt Spannungsmessleitungen zur Treibersteuerelektronik geführt werden, was einen erhöhten Verdrahtungsaufwand bedeutet. Diese Ansätze sind teuer und aufwändig.
Zum Messen der einzelnen Vorwärtsspannungen muss somit entweder an jede OLED ein Messsystem angeschlossen, was einen hohen Verdrahtungsaufwand und eine hohe Anzahl an Messsystemen erfordert und somit hohe Kosten verursacht, oder ein einziges Messsystem muss auf jeweils die einzelnen OLEDs durchgeschaltet werden, beispielsweise mittels Multiplexen, was jedoch ebenfalls einen hohen Verdrahtungsaufwand und Aufwand zum Multiplexen erfordert und somit hohe Kosten verursacht.
Es sind jedoch Systeme bekannt, bei denen bauartbedingt jedes Leuchtdiodenelement einzeln mit einem Transistor zum Schalten des Leuchtdiodenelements kontaktiert ist und entsprechende Steuerleitungen zu den Transistoren vorhanden sind, beispielsweise für eine Dimmung und/oder ein Blinksystem.
2 zeigt eine herkömmliche optoelektronische Baugruppe 10, die weitgehend der im Vorhergehenden erläuterten herkömmlichen Baugruppe 10 entspricht. Die optoelektronische Baugruppe 10 kann beispielsweise aus dem Automotive-Bereich, beispielsweise ein Richtungsanzeiger eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise ein animierter Blinker, sein. Die Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 sollen einzeln stromkonstant angesteuert werden. Aus Kostengründen sind die Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 elektrisch in Reihe geschaltet und es wird nur ein Treiberschaltkreis 20 verwendet, beispielsweise eine schnell regelnde Stromquelle, beispielsweise ein Gleichspannungswandler. Jedes Leuchtdiodenelement 12, 14, 16, 18 ist elektrisch parallel zu je einem Schalter, beispielsweise einem ersten Transistor 32, einem zweiten Transistor 34, einem dritten Transistor 36 bzw. einem vierten Transistor 36, geschaltet. Der Strom kann somit individuell an jedem Leuchtdiodenelement 12, 14, 16, 18 vorbei und dennoch durch die anderen Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 geleitet werden. Zum Dimmen kann man die Transistoren 32, 34, 36, 38 auch pulsweitenmoduliert ansteuern.
Bei der in 2 gezeigten herkömmlichen optoelektronischen Baugruppe können verglichen 1 relativ einfach die einzelnen Vorwärtsspannung gemessen werden. Es kann ein Messsystem angeschlossen werden, das die Gesamtspannung erfasst, und nacheinander können bis auf einen Schalter alle anderen Schalter geschlossen werden, so dass alle Leuchtdiodenelemente bis auf eines überbrückt sind, und dann kann mittels des Messsystems die Vorwärtsspannung des einzelnen Leuchtdiodenelements erfasst werden. Jedoch wird auch hier das entsprechende Leuchtdiodenelement im Betrieb gemessen und wie vorstehend erläutert ist abhängig von dem Kurzschlusswiderstand nicht zuverlässig ein Abfall der Vorwärtsspannung erkennbar.
In vielen Anwendungen werden jedoch zur Reduzierung von Kosten und Verdrahtungsaufwand mehrere OLEDs in Serie geschaltet, wie in den 1 und 2 gezeigt, und von einem einzigen Treiberkanal stromgeregelt betrieben. Bei derartigen Anwendungen sind die bekannten Verfahren zur Erkennung von Kurzschlüssen nicht geeignet, funktionieren nicht ausreichend gut oder sind nur mit erhöhtem technischen und/oder kostenmäßigen Aufwand anwendbar. Die herkömmlichen Verfahren können somit nicht oder nur mit hohen technischen Aufwand ein oder mehrere kurzgeschlossene Leuchtdiodenelemente innerhalb einer Serienschaltung sicher erkennen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Betreiben einer optoelektronischen Baugruppe bereitzustellen, das ermöglicht: einen Kurzschluss eines einzelnen Leuchtdiodenelements der optoelektronischen Baugruppe sicher zu erkennen, einen Kurzschluss eines Leuchtdiodenelements in einer Reihenschaltung von Leuchtdiodenelementen der optoelektronischen Baugruppe sicher zu erkennen, die Erkennung des Kurzschlusses mit lediglich einem Eingang und einem Ausgang eines Treiberschaltkreises der optoelektronischen Baugruppe, eine Minimierung eines Störgrößeneinflusses von Alterung und/oder Temperatur auf die Erkennung des Kurzschlusses und/oder die sichere Erkennung des Kurzschlusses ohne Kenntnis der Anzahl der in Reihe geschalteten und/oder mit einem Treiberschaltkreis betriebenen Leuchtdiodenelemente.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist, eine optoelektronische Baugruppe bereitzustellen, die ermöglicht: einen Kurzschluss eines einzelnen Leuchtdiodenelements der optoelektronischen Baugruppe sicher zu erkennen, einen Kurzschluss eines Leuchtdiodenelements in einer Reihenschaltung von Leuchtdiodenelementen der optoelektronischen Baugruppe sicher zu erkennen, die Erkennung des Kurzschlusses mit lediglich einem Eingang und einem Ausgang eines Treiberschaltkreises der optoelektronischen Baugruppe, eine Minimierung eines Störgrößeneinflusses von Alterung und/oder Temperatur auf die Erkennung des Kurzschlusses und/oder die sichere Erkennung des Kurzschlusses ohne Kenntnis der Anzahl der in Reihe geschalteten und/oder mit einem Treiberschaltkreis betriebenen Leuchtdiodenelemente.
Die Aufgaben werden gemäß einem Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer optoelektronischen Baugruppe. Die optoelektronische Baugruppe weist mindestens einen Bauelementstrang mit mindestens einem Abschnitt auf. Der Abschnitt weist mindestens ein Leuchtdiodenelement auf. Der Abschnitt wird mit elektrischer Energie versorgt. Die Versorgung des Abschnitts mit Energie wird unterbrochen. Ein Eingang des Abschnitts wird mit einem Ausgang des Abschnitts elektrisch gekoppelt. Ein Maximalwert eines elektrischen Entladestroms, der über den Abschnitt fließt, wird erfasst. Abhängig von dem erfassten Maximalwert wird ermittelt, ob der Abschnitt des Bauelementstrangs einen Kurzschluss aufweist.
Die elektrische Kopplung des Eingangs und des Ausgangs des kurz zuvor noch betriebenen Abschnitts des Bauelementstrangs und das Messen des dabei auftretenden Maximalwerts des Entladestroms, der über die elektrische Kopplung fließt, ermöglichen, bereits ein einzelnes kurzgeschlossenes Leuchtdiodenelement, insbesondere in einer elektrischen Reihenschaltung, in dem Abschnitt sicher zu erkennen. Eine Stranglänge des Bauelementstrangs und/oder des Abschnitts oder weiterer Abschnitte des Bauelementstrangs, insbesondere die Anzahl der elektrisch in Reihe geschalteten Leuchtdiodenelemente, muss zum Erkennen des Kurzschlusses nicht bekannt sein, da der Maximalwert des Entladestroms unabhängig von der Anzahl der Leuchtdiodenelemente ist. Ein Treiberschaltkreis zum Betreiben, insbesondere zum Ansteuern, zum Steuern und/oder zum Regeln, der Leuchtdiodenelemente des Bauelementstrangs kann zum Erkennen des Kurzschlusses verwendet werden, wobei er lediglich einen Eingang und einen Ausgang aufweisen muss. Je nach Ausführung kann. der Einfluss von Störgrößen wie Alterung und Temperatur auf die Detektion minimiert/eliminiert werden, wie weiter unten näher erläutert. Das Leuchtdiodenelement ist beispielsweise eine OLED oder eine LED oder ein Teil oder ein Segment einer OLED bzw. LED.
Der Maximalwert des Entladestroms ist über den Eingang und des Ausgang des Abschnitts messbar. Der Maximalwert unterscheidet sich bei einem Abschnitt ohne Kurzschluss signifikant von einem Abschnitt mit Kurzschluss. Der Maximalwert ist unabhängig oder zumindest näherungsweise unabhängig von dem Widerstandswert des Kurzschlusses. Der Maximalwert ist unabhängig oder zumindest näherungsweise unabhängig von der Stranglänge des Bauelementstrangs und insbesondere des Abschnitts, wobei sich die Stranglänge auf die Anzahl von Leuchtdiodenelemente in dem Bauelementstrang bzw. dem Abschnitt bezieht. Der Maximalwert ist somit unabhängig oder zumindest näherungsweise unabhängig von der Anzahl von Leuchtdiodenelementen in dem Bauelementstrang und insbesondere in dem Abschnitt. Dass der Kurzschluss in dem Abschnitt und/oder dem Bauelementstrang vorliegt, bedeutet dass eines der Leuchtdiodenelemente in dem entsprechenden Abschnitt bzw. Bauelementstrang den Kurzschluss aufweist. Dass der Maximalwert näherungsweise unabhängig von dem Widerstandswert des Kurzschlusses, der Stranglänge des Bauelementstrangs und insbesondere des Abschnitts und/oder von der Anzahl von Leuchtdiodenelementen in dem Bauelementstrang und insbesondere in dem Abschnitt ist, bedeutet beispielsweise, dass der Maximalwert innerhalb akzeptabler in der Realität auftretender Toleranzen entsprechend unabhängig ist und so eine Erkennung des Kurzschlusses anhand des Maximalwertes sicher möglich ist.
Beim Versorgen des Abschnitts mit elektrischer Energie kann abhängig von entsprechenden Schaltern der entsprechende Abschnitt isoliert oder in Verbindung mit anderen Abschnitten mit elektrischer Energie versorgt werden. Insbesondere kann zum Versorgen des Abschnitts mit elektrischer Energie der gesamte Bauelementstrang mit elektrischer Energie versorgt werden. Dementsprechend kann beim Unterbrechen der Versorgung des Abschnitts mit elektrischer Energie nur die Versorgung des Abschnitts oder die Versorgung des Abschnitts in Verbindung mit anderen Abschnitten unterbrochen werden. Insbesondere kann die Versorgung des Abschnitts mit elektrischer Energie unterbrochen werden, indem die Versorgung des Bauelementstrangs mit Energie unterbrochen wird.
Als Reaktion auf das Erkennen des Kurzschlusses kann beispielsweise der Treiberschaltkreis abschalten oder abgeschaltet werden, ein Warnsignal kann erzeugt werden und an eine übergeordnete Einheit, beispielsweise eine Recheneinheit, beispielsweise einen Boardcomputer eines Kraftfahrzeugs, geleitet werden und/oder das kurzgeschlossene Leuchtdiodenelement kann elektrisch umgangen werden. Dies kann beispielsweise im Automotive-Bereich und/oder im Bereich der Allgemeinbeleuchtung, insbesondere bei einem flexiblen Treiberschaltkreis, an den unterschiedliche Anzahlen von Leuchtdiodenelementen angeschlossen werden können, und/oder im Verbraucher-Bereich, beispielsweise bei einer Handleuchte mit einer einzelnen oder mehreren OLEDs, interessant sein.
Gemäß einer Weiterbildung wird erkannt, dass der Abschnitt den Kurzschluss aufweist, falls der erfasste Maximalwert gleich oder zumindest näherungsweise gleich null ist, und es wird erkannt, dass der Abschnitt keinen Kurzschluss aufweist, falls der erfasste Maximalwert ungleich null ist. Dies trägt dazu bei, den Kurzschluss auf einfache Weise zu erkennen, falls der Abschnitt, der Bauelementstrang und/oder die optoelektronische Baugruppe lediglich ein Leuchtdiodenelement aufweisen.
Gemäß einer Weiterbildung wird der erfasste erste Maximalwert mit einem vorgegebenen Sollwert, der größer null ist, verglichen. Es wird erkannt, dass der Abschnitt des Bauelementstrangs den Kurzschluss aufweist, falls der erfasste Maximalwert kleiner ist als der vorgegebene Sollwert ist. Es wird erkannt, dass der Abschnitt des Bauelementstrangs keinen Kurzschluss aufweist, falls der erfasste Maximalwert gleich oder zumindest näherungsweise gleich ist wie oder größer ist als der vorgegebene Sollwert. Dies trägt dazu bei, den Kurzschluss auf einfache Weise zu erkennen, falls der Abschnitt, der Bauelementstrang und/oder die optoelektronische Baugruppe zwei, drei oder mehr Leuchtdiodenelemente aufweisen. Der vorgegebene Sollwert kann beispielsweise einem Quotienten aus einer Schleusenspannung und einem Elektrodenwiderstand eines der Leuchtdiodenelemente entsprechen. Der Elektrodenwiderstand ist der ohmsche Widerstand der Anode und/oder der Kathode des entsprechenden Leuchtdiodenelements. Der Sollwert kann beispielsweise empirisch ermittelt, gespeichert und dann vorgegeben werden.
Gemäß einer Weiterbildung werden der Eingang des Abschnitts und der Ausgang des Abschnitts erst eine vorgegebene Zeitdauer nach dem Unterbrechen des Versorgens des Abschnitts mit Energie elektrisch gekoppelt. Die vorgebebene Zeitdauer kann in einem Bereich liegen beispielsweise von 50 μs bis 60 s, beispielsweise von 500 μs bis 1 s, beispielsweise von 1 ms bis 500 ms, beispielsweise von 10 ms bis 100 ms. Dies kann dazu beitragen, den Maximalwert präzise bestimmen zu können und/oder den Kurzschluss sicher zu erkennen.
Gemäß einer Weiterbildung wird ermittelt, nach welcher Zeitdauer nach dem Unterbrechen des Versorgens des Abschnitts mit Energie eine Spannung über dem Abschnitt des Bauelementstrangs einer Summe der Schleusenspannungen aller Leuchtdiodenelemente des Abschnitts entspricht, und bei dem die ermittelte Zeitdauer als die vorgegebene Zeitdauer vorgegeben wird. In anderen Worten werden der Eingang und der Ausgang erst dann elektrisch gekoppelt und der Maximalwert des Entladestroms erst dann erfasst, wenn die jeweiligen elektrischen Spannungen über die Leuchtdiodenelemente des Abschnitts auf deren Schleusenspannung abgefallen sind. Die Zeitdauer kann beispielsweise empirisch ermittelt, gespeichert und dann vorgegeben werden. Dies kann dazu beitragen, den Maximalwert präzise bestimmen zu können und/oder den Kurzschluss sicher zu erkennen.
Gemäß einer Weiterbildung wird die Versorgung des Abschnitts mit Energie unterbrochen, indem ein Treiberschaltkreis zum Betreiben des Bauelementstrangs abgeschaltet wird oder eine elektrische Verbindung zwischen dem Treiberschaltkreis und dem Bauelementstrang unterbrochen wird. Dies kann dazu beitragen, die Versorgung des Bauelementstrangs mit Energie sicher und/oder auf einfache Weise zu Unterbrechen. Die Abschaltung des Treiberschaltkreises kann beispielsweise mittels einer Recheneinheit zum Ansteuern, Regeln oder Betreiben des Treiberschaltkreises erfolgen. Die elektrische Verbindung zwischen dem Treiberschaltkreis und dem Bauelementstrang kann beispielsweise mittels eines entsprechenden Schalters unterbrochen werden.
Gemäß einer Weiterbildung wird zunächst ermittelt, ob ein ein erstes Leuchtdiodenelement aufweisender erster Abschnitt des Bauelementstrangs einen Kurzschluss aufweist, indem ein Eingang des ersten Abschnitts des Bauelementstrangs mit einem Ausgang des ersten Abschnitts des Bauelementstrangs elektrisch gekoppelt wird und ein erster Maximalwert des elektrischen Entladestroms erfasst wird, der über die elektrische Kopplung des ersten Abschnitts fließt. Falls erkannt wird, dass der erste Abschnitt keinen Kurzschluss aufweist, wird der erfasste erste Maximalwert als Sollwert vorgegeben. Die elektrische Kopplung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des ersten Abschnitts wird unterbrochen. Der erste Abschnitt des Bauelementstrangs und ein mit dem ersten Abschnitt in Reihe geschalteter zweiter Abschnitt des Bauelementstrangs, der mindestens ein zweites Leuchtdiodenelement aufweist, werden mit Energie versorgt. Die Versorgung des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts mit Energie wird erneut unterbrochen. Ein Eingang des ersten Abschnitts und ein Ausgang des zweiten Abschnitts werden elektrisch miteinander gekoppelt. Ein zweiter Maximalwert eines elektrischen Entladestroms wird erfasst, der über die elektrische Kopplung des Eingangs des ersten Abschnitts und des Ausgangs des zweiten Abschnitts fließt. Der erfasste zweite Maximalwert wird mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen. Es wird erkannt, dass der zweite Abschnitt einen Kurzschluss aufweist, falls der erfasste zweite Maximalwert kleiner ist als der vorgegebene Sollwert. Es wird erkannt, dass der zweite Abschnitt keinen Kurzschluss aufweist, falls der erfasste zweite Maximalwert gleich oder zumindest näherungsweise gleich ist wie oder größer ist als der vorgegebene Sollwert.
In anderen Worten wird das Verfahren zweimal durchgeführt, erst bei dem ersten Abschnitt und dann bei dem gesamten Bauelementstrang, insbesondere dem ersten und dem zweiten Abschnitt. Falls der erste Abschnitt genau ein Leuchtdiodenelement aufweist, nämlich das erste Leuchtdiodenelement, so kann das Vorliegen des Kurzschlusses bei dem ersten Abschnitt einfach erkannt werden, falls der erste Maximalwert null oder näherungsweise null ist. Falls der Kurzschluss nicht vorliegt, so ist der erste Maximalwert ungleich null und kann, falls das Leuchtdiodenelement des ersten Abschnitts dem oder den Leuchtdiodenelement(en) des zweiten Abschnitts ähnlich oder gleich ist, als Referenzwert, insbesondere als Sollwert, für weitere Messungen, insbesondere in dem zweiten Abschnitt, verwendet werden, da die erfassten Maximalwerte unabhängig von der Anzahl der Leuchtdiodenelemente in einem der Abschnitte sind. Dies kann dazu beitragen, störende Einflüsse, wie Temperatur und/oder Alterung, auf die Erkennung des Kurzschlusses weitgehend oder sogar vollständig zu eliminieren, da das erste Leuchtdiodenelement in dem ersten Abschnitt in der Regel den gleichen Einflüssen unterliegt, wie die anderen Leuchtdiodenelemente in dem zweiten Abschnitt, und da die störenden Einflüsse daher in den ersten Maximalwert, der in dem ersten Abschnitt erfasst wurde, bereits eingegangen und damit berücksichtigt sind.
Gemäß einer Weiterbildung wird zunächst ermittelt, ob ein ein erstes Leuchtdiodenelement aufweisender erster Abschnitt des Bauelementstrangs einen Kurzschluss aufweist, indem ein Eingang des ersten Abschnitts des Bauelementstrangs mit einem Ausgang des ersten Abschnitts des Bauelementstrangs elektrisch gekoppelt wird, ein erster Maximalwert des elektrischen Entladestroms erfasst wird, der über die elektrische Kopplung des ersten Abschnitts fließt, und der erste Maximalwert mit einem ersten vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird. Die elektrische Kopplung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des ersten Abschnitts wird unterbrochen. Ein mit dem ersten Abschnitt in Reihe geschalteter zweiter Abschnitt des Bauelementstrangs, der mindestens ein zweites Leuchtdiodenelement aufweist, wird mit Energie versorgt. Die Versorgung des zweiten Abschnitts mit Energie wird unterbrochen. Ein Eingang des zweiten Abschnitts und ein Ausgang des zweiten Abschnitts werden elektrisch miteinander gekoppelt. Ein zweiter Maximalwert eines elektrischen Entladestroms, der über die elektrische Kopplung des zweiten Abschnitts fließt, wird erfasst. Der erfasste zweite Maximalwert wird mit einem vorgegebenen zweiten Sollwert verglichen. Es wird erkannt, dass der zweite Abschnitt einen Kurzschluss aufweist, falls der erfasste zweite Maximalwert kleiner ist als der vorgegebene zweite Sollwert. Es wird erkannt, dass der zweite Abschnitt keinen Kurzschluss aufweist, falls der erfasste zweite Maximalwert gleich oder zumindest näherungsweise gleich ist wie oder größer ist als der vorgegebene zweite Sollwert. Der zweite Sollwert kann gleich dem ersten Sollwert sein. Der zweite Sollwert kann gleich dem ersten erfassten Maximalwert sein oder der erste erfasste Maximalwert kann als zweiter Sollwert vorgegeben werden.
In anderen Worten wird das Verfahren mindestens zweimal durchgeführt, erst bei dem ersten Abschnitt und dann bei dem zweiten Abschnitt und/oder bei dem gesamten Bauelementstrang. Ferner kann der Bauelementstrang in weitere Abschnitte unterteilt werden und das Verfahren kann entsprechend öfter durchgeführt werden. Je kürzer der Abschnitt ist, desto ausgeprägter ist der Unterschied des Maximalwerts des Entladestroms zwischen dem Abschnitt mit Kurzschluss und dem Abschnitt ohne Kurzschluss. Dies kann dazu beitragen, eine besonders hohe Erkennungsgenauigkeit zu realisieren, wobei eine Fehlertoleranz höher ist, und/oder störende Einflüsse, wie Temperatur und/oder Alterung, auf die Erkennung des Kurzschlusses weitgehend zu eliminieren.
Gemäß einer Weiterbildung wird der Sollwert zum Ermitteln des Kurzschlusses in einem der Abschnitte so vorgegeben, dass er einem Quotienten aus einer Schleusenspannung und einem Elektrodenwiderstand eines der Leuchtdiodenelemente, das der Abschnitt aufweist, entspricht. Die Schleusenspannung kann auch als Schwellenspannung bezeichnet werden. Der Sollwert wird somit abhängig von einem der Leuchtdiodenelemente vorgegeben und ist unabhängig von der Anzahl der Leuchtdiodenelemente in dem entsprechenden Abschnitt, Bauelementstrang und/oder in der entsprechenden optoelektronischen Baugruppe.
Die Aufgaben werden gelöst gemäß einem anderen Aspekt durch eine optoelektronische Baugruppe. Die optoelektronische Baugruppe weist auf: mindestens den Bauelementstrang mit mindestens dem Abschnitt, wobei der Abschnitt das mindestens eine Leuchtdiodenelement aufweist; eine mit dem Bauelementstrang elektrisch gekoppelte Energiequelle zum Versorgen des Bauelementstrangs mit elektrischer Energie; einen ersten Schalter zum Unterbrechen der Versorgung des Bauelementstrangs mit Energie; einen zweiten Schalter zum elektrischen Koppeln des Eingangs des Abschnitts des Bauelementstrangs mit dem Ausgang des Abschnitts des Bauelementstrangs; einen Strommesser zum Erfassen des Maximalwerts des elektrischen Entladestroms, der über die elektrische Kopplung des Abschnitts fließt; eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, abhängig von dem erfassten Maximalwert zu ermitteln, ob der Abschnitt des Bauelementstrangs, insbesondere das Leuchtdiodenelement des Bauelementstrangs, den Kurzschluss aufweist.
Die optoelektronische Baugruppe eignet sich zum Durchführen des im Vorhergehenden erläuterten Verfahrens. Insbesondere kann mittels des ersten Schalters die Versorgung des Bauelementstrangs mit Energie bereitgestellt oder unterbrochen werden und mittels des zweiten Schalters kann die elektrische Kopplung zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Abschnitts hergestellt und unterbrochen werden. Die in Bezug auf das Verfahren genannten Vorteile und Weiterbildungen können ohne weiteres auf entsprechende Vorteile und Weiterbildungen der optoelektronischen Baugruppe übertragen werden. Die Energiequelle kann beispielsweise der Treiberschaltkreis sein, als Treiberschaltkreis bezeichnet werden oder ein Teil des Treiberschaltkreises sein.
Gemäß einer Weiterbildung ist der erste Schalter so ausgebildet, dass mittels des ersten Schalters der Treiberschaltkreis zum Betreiben des Bauelementstrangs angeschaltet oder abgeschaltet werden kann oder dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Treiberschaltkreis und dem Bauelementstrang verbunden oder unterbrochen werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung weist der Bauelementstrang den ersten Abschnitt und den mit dem ersten Abschnitt elektrisch in Reihe geschalteten zweiten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt weist mindestens das erste Leuchtdiodenelement auf. Der zweite Abschnitt weist mindestens das zweite Leuchtdiodenelement auf. Die optoelektronische Baugruppe weist einen dritten Schalter auf, der in seinem ersten Schaltzustand einen Ausgang des ersten Abschnitts mit einem Ausgang des zweiten Abschnitts elektrisch koppelt und der in seinem zweiten Schaltzustand den Ausgang des ersten Abschnitts und den Ausgang des zweiten Abschnitts elektrisch voneinander trennt und der mit dem zweiten Schalter elektrisch gekoppelt ist. Der dritte Schalter ermöglicht, den ersten Abschnitt unabhängig von dem zweiten Abschnitt bezüglich des vorliegens des Kurzschlusses zu überprüfen.
Gemäß einer Weiterbildung weist die optoelektronische Baugruppe einen vierten Schalter auf, der in seinem ersten Schaltzustand den Eingang des ersten Abschnitts mit dem Eingang des zweiten Abschnitts elektrisch koppelt und der in seinem zweiten Schaltzustand den Eingang des ersten Abschnitts und den Eingang des zweiten Abschnitts elektrisch voneinander trennt und der mit dem dritten Schalter elektrisch gekoppelt ist. Der vierte Schalter ermöglicht, den zweiten Abschnitt unabhängig von dem ersten Abschnitt bezüglich des Kurzschlusses zu untersuchen.
Gemäß einer Weiterbildung ist mindestens eines der Leuchtdiodenelemente eine anorganische Leuchtdiode oder ein Teil einer anorganischen Leuchtdiode und parallel zu der anorganischen Leuchtdiode sind ein Kondensator und ein elektrischer Widerstand in Reihe geschaltet. Der Kondensator und der elektrische Widerstand ermöglichen, bei der anorganischen Leuchtdiode das im Vorhergehenden erläuterte Verfahren durchzuführen und sicher den Kurzschluss zu erkennen. Da die Elektroden einer anorganischen Leuchtdiode verglichen mit einer OLED relativ klein sind und einen relativ geringen elektrischen Widerstand und eine kleine Kapazität haben, sorgen der Kondensator und der elektrische Widerstand für elektronische Bedingungen in der optoelektronischen Baugruppe, die das Durchführen des Verfahrens ermöglichen. Insbesondere entspricht nach dem Unterbrechen des Versorgens des Bauelementstrangs mit Energie die Gesamtspannung über den Bauelementstrang der Summe der Spannungen über die Kondensatoren, wobei sich im Falle eines Kurzschlusses der entsprechende Kondensator über den Widerstand schnell entladen kann. Alternativ oder zusätzlich ist mindestens eines der Leuchtdiodenelemente eine organische Leuchtdiode oder ein Segment einer organischen Leuchtdiode.
Gemäß einer Weiterbildung weist mindestens ein Abschnitt des Bauelementstrangs mindestens zwei Leuchtdiodenelemente auf.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Schaltbild einer herkömmlichen optoelektronischen Baugruppe;
2 ein Schaltbild einer herkömmlichen optoelektronischen Baugruppe;
3 ein Schaltbild einer herkömmlichen optoelektronischen Baugruppe;
4 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe;
5 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe;
6 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe;
7 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe;
8 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe;
9 ein Diagramm mit beispielhaften Verläufen von Spannungen und Strömen;
10 eine Tabelle mit beispielhaften Messergebnissen;
11 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe;
12 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „vorderes”, „hinteres”, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe ”verbunden”, ”angeschlossen” sowie ”gekoppelt” verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Eine optoelektronische Baugruppe kann ein, zwei oder mehr Leuchtdiodenelemente aufweisen. Optional kann eine optoelektronische Baugruppe auch ein, zwei oder mehr elektronische Bauelemente aufweisen. Ein elektronisches Bauelement kann beispielsweise ein aktives und/oder ein passives Bauelement aufweisen. Ein aktives elektronisches Bauelement kann beispielsweise einen Treiberschaltkries, eine Energiequelle, eine Rechen-, Steuer- und/oder Regeleinheit und/oder einen Transistor aufweisen. Ein passives elektronisches Bauelement kann beispielsweise einen Kondensator, einen Widerstand, eine Diode oder eine Spule aufweisen.
Ein Leuchtdiodenelement kann ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Halbleiter-Leuchtdiodenelement, eine anorganische Leuchtdiode (light emitting diode, LED) und/oder eine organische Leuchtdiode (organic light emitting diode, OLED) sein. Ein Leuchtdiodenelement kann jedoch auch nur ein Teil oder ein Segment einer Leuchtdiode sein, beispielsweise einer LED oder einer OLED. Beispielsweise kann die OLED segmentiert sein und in jedem Segment ein Leuchtdiodenelement aufweisen. Mehrere Leuchtdiodenelemente in einer Leuchtdiode können elektrisch parallel und/oder elektrisch in Reihe geschaltet sein. Ein Leuchtdiodenelement kann Teil einer integrierten Schaltung sein. Weiterhin kann eine Mehrzahl von Leuchtdiodenelementen vorgesehen sein, beispielsweise untergebracht in einem gemeinsamen Gehäuse. Ein Leuchtdiodenelement kann beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, UV-Licht und/oder Infrarot-Licht emittieren.
1 zeigt eine herkömmliche optoelektronische Baugruppe 10, die ein erstes Leuchtdiodenelement 12, ein zweites Leuchtdiodenelement 14, ein drittes Leuchtdiodenelement 16 und ein viertes Leuchtdiodenelement 18 aufweist. Die Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 sind in einem Bauelementstrang 22 der Baugruppe 10 angeordnet. Die Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Ein Treiberschaltkreis 20 ist angeordnet und dient zum Betreiben, insbesondere zum Steuern oder Regeln, der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18.
Das zweite Leuchtdiodenelement 14 weist einen Kurzschluss auf, der in 1 als Kurzschlusswiderstand 24 eingezeichnet ist. Der Kurzschlusswiderstand 24 ist zu dem zweiten Leuchtdiodenelement 14 elektrisch parallel geschaltet und verhält sich elektrisch ähnlich zu einem ohmschen Widerstand. Der Wert des ohmschen Widerstandes hängt von der Art des Kurzschlusses, beispielsweise von einer Fläche des Kurzschlusses, ab.
2 zeigt eine herkömmliche optoelektronische Baugruppe 10. Die herkömmliche optoelektronische Baugruppe 10 kann beispielsweise weitgehend der in 1 gezeigten herkömmlichen optoelektronischen Baugruppe 10 entsprechen. Die Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 sind zu je einem Schalter, beispielsweise einem ersten Transistor 32, einem zweiten Transistor 34, einem dritten Transistor 36 bzw. einem vierten Transistor 36, elektrisch parallel geschaltet. Der Strom kann somit individuell an jedem Leuchtdiodenelement 12, 14, 16, 18 vorbei und dennoch durch die anderen Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 geleitet werden.
3 zeigt eine herkömmliche optoelektronische Baugruppe 10, die weitgehend der in 1 gezeigten optoelektronischen Baugruppe 10 entspricht, wobei die optoelektronische Baugruppe 10 lediglich drei Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16 aufweist. Die Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16 sind in 3 mit Ersatzschaltbildern dargestellt. In den Ersatzschaltbildern sind zu jedem Leuchtdiodenelement 12, 14, 16 intrinsische Kapazitäten 44, 50, 56 und Elektrodenwiderstände 42, 48, 54 sowie Bulkwiderstände 46, 52, 58 eingezeichnet. In anderen Worten weisen die Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16 aufgrund ihrer intrinsischen Eigenschaften Kapazitäten und Widerstände auf, die in 3 neben den Diodensymbolen als eigenständige elektronische Bauelemente eingezeichnet sind. In dem Ersatzschaltbild sind die Diodensymbole lediglich repräsentativ für die lichtemittierenden Schichten der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16. 3 und insbesondere die in 3 gezeigten Ersatzschaltbilder dienen zum besseren Verständnis der mit Bezug zu den nachfolgenden Figuren erläuterten optoelektronischen Baugruppen und Verfahren zum Betreiben der entsprechenden optoelektronischen Baugruppen.
Das erste Leuchtdiodenelement 12 weist einen ersten Elektrodenwiderstand 42, eine erste intrinsische Kapazität, die als erster Kondensator 44 dargestellt ist, und einen ersten Bulkwiderstand 46 auf. Das zweite Leuchtdiodenelement 14 weist einen zweiten Elektrodenwiderstand 48, eine zweite intrinsische Kapazität, die als zweiter Kondensator 50 dargestellt ist, und einen zweiten Bulkwiderstand 52 auf. Das dritte Leuchtdiodenelement 16 weist einen dritten Elektrodenwiderstand 54, eine dritte intrinsische Kapazität, die als dritter Kondensator 56 dargestellt ist, und einen dritten Bulkwiderstand 58 auf.
Die Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16 sind OLEDs und die Elektrodenwiderstände 42, 48, 54 sind die ohmschen Widerstände der Anoden, insbesondere von ITO-Schichten, und der Kathoden der OLEDs. Die intrinsischen Kapazitäten korrespondieren zu den Kondensatoren 44, 50, 56, die von je einem Anoden-Kathoden-Paar der OLEDs gebildet sind. Die Bulkwiderstände 46, 52, 58 korrespondieren zu den für Dioden typischen Bulkwiderständen und ermöglichen das Fließen von Leckströmen über die Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16.
Alternativ dazu können die Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16 auch LEDs sein, wobei dann die Werte der Widerstände und/oder der Kapazitäten kleiner sein können als bei den OLEDs.
Der zweite Elektrodenwiderstand 48 ist mit dem Kurzschlusswiderstand 24 elektrisch in Reihe geschaltet. Der Kurzschlusswiderstand 24 ist mit dem zweiten Kondensator 50 und dem zweiten Bulkwiderstand 52 elektrisch parallel geschaltet.
Die elektronischen Eigenschaften der herkömmlichen optoelektronischen Baugruppe 10, die anhand der Ersatzschaltbilder zu erkennen sind, werden im Folgenden ausgenutzt, um eine optoelektronische Baugruppe und/oder ein Verfahren zum Betreiben einer optoelektronischen Baugruppe bereitzustellen, bei denen einfach und sicher ein Kurschluss eines der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16 erkannt werden kann.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Baugruppe 100. Die Baugruppe 100 weist den Bauelementstrang 22 und das erste Leuchtdiodenelement 12 auf. Das erste Leuchtdiodenelement 12 weist die intrinsische Kapazität und den intrinsischen Elektrodenwiderstand auf, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in 4 nicht gezeigt sind.
Der Bauelementstrang 22 weist einen Abschnitt 102 auf, in dem das erste Leuchtdiodenelement 12 angeordnet ist. Der Abschnitt 102 weist einen Eingang 106 des Abschnitts und einen Ausgang 108 des Abschnitts 102 auf. Ein erster Schalter 101 ist mit dem Eingang 106 des Abschnitts 102 und mit dem Treiberschaltkreis 20 elektrisch gekoppelt. Der erste Schalter 101 bewirkt in seinem ersten Schaltzustand eine elektrische Kopplung zwischen dem Eingang 106 des Abschnitts 102 und dem Treiberschaltkreis 20, und ist somit in seinem ersten Schaltzustand geschlossen, und unterbindet in seinem zweiten Schaltzustand diese elektrische Kopplung, und ist somit in seinem zweiten Schaltzustand geöffnet. Ein zweiter Schalter 104 ist mit dem Eingang 106 und dem Ausgang 108 elektrisch gekoppelt. Der zweite Schalter 104 bewirkt in seinem ersten Schaltzustand eine elektrische Kopplung zwischen dem Eingang 106 und dem Ausgang 108, und ist somit in seinem ersten Schaltzustand geschlossen, und unterbricht diese elektrische Kopplung in seinem zweiten Schaltzustand, und ist somit in seinem zweiten Schaltzustand geöffnet. Der Eingang 106 und/oder der Ausgang 108 sind bei geschlossenem zweitem Schalter 104 mit einer Strommessvorrichtung 105, insbesondere einer ersten Strommessvorrichtung 105, elektrisch in Reihe geschaltet und über diese elektrisch miteinander gekoppelt. In anderen Worten erfolgt die elektrische Kopplung zwischen dem Eingang 106 und dem Ausgang 108 über die Strommessvorrichtung 105. Die Strommessvorrichtung 105 ermöglicht bei geschlossenem zweitem Schalter 104 das Erfassen eines Entladestroms, der von dem Eingang 106 zu dem Ausgang 108 oder von dem Ausgang 108 zu dem Eingang 106 fließt. Die Strommessvorrichtung 105 ist zwischen dem zweiten Schalter 104 und dem Ausgang 108 angeordnet, wobei die Strommessvorrichtung 105 außerdem zwischen dem Treiberschaltkreis und dem Ausgang 108 angeordnet sein kann, was ermöglicht, die Strommessvorrichtung 105 im Normalbetrieb der optoelektronischen Baugruppe 100 zum Regeln der optoelektronischen Baugruppe 100 zu verwenden. Die Strommessvorrichtung 105 kann alternativ zwischen dem zweiten Schalter 104 und dem Eingang 106 angeordnet sein, wobei die Strommessvorrichtung 105 zusätzlich zwischen dem ersten Schalter 101 und dem Eingang 106 angeordnet sein kann, was ermöglicht, die Strommessvorrichtung 105 im Normalbetrieb der optoelektronischen Baugruppe 100 zum Regeln der optoelektronischen Baugruppe 100 zu verwenden.
Bei der optoelektronischen Baugruppe 100 kann einfach überprüft werden, ob in dem ersten Leuchtdiodenelement 12 ein elektrischer Kurzschluss vorliegt. Bei intaktem ersten Leuchtdiodenelement 12, also wenn kein Kurzschluss bei dem ersten Leuchtdiodenelement 12 vorliegt, entlädt sich nach Unterbrechen der Versorgung des Bauelementstrangs 22 mit elektrischer Energie das erste Leuchtdiodenelement 12 über die optisch funktionelle Schichtenstruktur, insbesondere die im Normalbetrieb lichtemittierenden Schichten, des ersten Leuchtdiodenelements 12 und den intrinsischen Bulkwiderstand des Leuchtdiodenelements 12 zunächst nur soweit, bis lediglich seine Schleusenspannung, die der Spannung über die intrinsische Kapazität des ersten Leuchtdiodenelements 12 entspricht, an dem ersten Leuchtdiodenelement 12 anliegt, da das Leuchtdiodenelement 12 bis zur Schleusenspannung noch elektrisch leitend ist. Ist die Schleusenspannung erreicht, so entlädt sich die intrinsische Kapazität des ersten Kondensators 44 nur noch sehr langsam über den Bulkwiderstand. Beim elektrischen Koppeln des Eingangs 106 mit dem Ausgang 108 über den ersten Schalter 104 fließt aufgrund dieser Schleusenspannung ein kurzer Entladungsstrom über die elektrische Kopplung. Bei intaktem erstem Leuchtdiodenelement 12 entspricht der Maximalwert des Entladestroms dem Quotienten aus der Schleusenspannung und dem Elektrodenwiderstand des ersten Leuchtdiodenelements 12, wobei Zuleitungswiderstände und Kontaktwiderstände vernachlässigt werden. Der Elektrodenwiderstand des ersten Leuchtdiodenelements 12 kann als Sollwert für den Maximalwert bei intaktem Leuchtdiodenelement 12 vorgegeben werden. Falls bei dem ersten Leuchtdiodenelement 12 der Kurzschluss vorliegt, so entlädt sich das erste Leuchtdiodenelement 12 schon vor dem elektrischen Koppeln des Eingangs 106 mit dem Ausgang 108 über den Kurzschluss und beim elektrischen Koppeln des Eingangs 106 mit dem Ausgang 108 fließt kein Entladestrom mehr oder, falls die intrinsische Kapazität noch nicht ganz entladen ist, nur ein sehr kleiner, über den zweiten Schalter 104.
Zum Überprüfen des ersten Leuchtdiodenelements 12 bezüglich des Kurzschlusses wird folglich zunächst der erste Schalter 101 in seinen ersten Schaltzustand geschaltet, also geschlossen, und der zweite Schalter 104 wird in seinen zweiten Schaltzustand eingeschaltet, also geöffnet. Der Bauelementstrang 22 und insbesondere das erste Leuchtdiodenelement 12 werden mittels des Treiberschaltkreises 20 mit elektrischer Energie versorgt. Als nächstes wird der Treiberschalterkreis 20 ausgeschaltet und/oder der erste Schalter 101 wird geöffnet, so dass die Versorgung des Bauelementstrangs 22 mit elektrischer Energie unterbrochen ist. Nach einer vorgegebenen Zeitdauer wird der zweite Schalter 104 geschlossen, so dass eine direkte elektrische Kopplung zwischen dem Eingang 106 und dem Ausgang 108 hergestellt wird. In anderen Worten werden der Eingang 106 und der Ausgang 108 über den zweiten Schalter 104 kurzgeschlossen. Gleichzeitig wird mittels der Strommessvorrichtung 105 der Entladestrom erfasst, der beim elektrischen Koppeln des Eingangs 106 mit dem Ausgang 108 über den zweiten Schalter 104 fließt. Insbesondere wird der Maximalwert des Entladestroms erfasst. Falls der Entladestrom und/oder der Maximalwert des Entladestroms gleich Null oder näherungsweise gleich Null sind, so wird erkannt, dass bei dem ersten Leuchtdiodenelement 12 ein Kurzschluss vorliegt. Falls der Maximalwert des Entladestroms ungleich Null, insbesondere größer Null ist, und/oder beispielsweise einem vorgegebenen Sollwert des Entladestroms entspricht, so wird erkannt, dass kein Kurzschluss vorliegt. Gegebenenfalls kann der vorgegebene Sollwert auf einer Speichereinheit einer Auswerteeinheit und/oder Recheneinheit zum Überprüfen der optoelektronischen Baugruppe 100 bezüglich des Kurzschlusses gespeichert sein.
Die vorgegebene Zeitdauer kann beispielsweise empirisch ermittelt werden. Beispielsweise kann ermittelt werden, nach welcher Zeitdauer nach dem Unterbrechen des Versorgens des Bauelementstrangs 22 mit Energie eine Spannung über dem Abschnitt 102 des Bauelementstrangs 22 einer Summe der Schleusenspannungen aller Leuchtdiodenelemente 12 des Abschnitts 102 entspricht. Die so ermittelte Zeitdauer kann als die vorgegebene Zeitdauer vorgegeben werden. In anderen Worten werden der Eingang 106 und der Ausgang 108 erst dann elektrisch gekoppelt und der Maximalwert des Entladestroms erst dann erfasst, wenn die jeweiligen Spannungen über die Leuchtdiodenelemente 12 des Abschnitts 102 auf deren Schleusenspannung abgefallen sind. Die vorgebebene Zeitdauer kann in einem Bereich liegen beispielsweise von 50 μs bis 60 s, beispielsweise von 500 μs bis 1 s, beispielsweise von 1 ms bis 500 ms, beispielsweise von 10 ms bis 100 ms. Dies kann dazu beitragen, den Maximalwert präzise bestimmen zu können und/oder den Kurzschluss sicher zu erkennen.
Das vorstehend erläuterte Verfahren zum Betreiben der optoelektronischen Baugruppe 100 kann beispielsweise als spezielles Testszenario abgefahren werden, beispielsweise beim Ausschalten des Treiberschaltkreises 20 und/oder im Automotive-Bereich beim Ausschalten der die optoelektronische Baugruppe 100 aufweisenden Autoleuchte. Alternativ oder zusätzlich kann das Testverfahren bei einem gepulsten Betrieb (PWM-Betrieb) der optoelektronischen Baugruppe 100, beispielsweise falls diese Teil eines Blinkers eines Kraftfahrzeugs ist, einmal, mehrmals und/oder regelmäßig in einer bzw. mehreren Pulspausen durchgeführt werden.
5 zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe 100, die beispielsweise weitgehend der in 4 gezeigten optoelektronischen Baugruppe 100 entsprechen kann. Die optoelektronische Baugruppe 100 weist vier Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 auf, die in dem Bauelementstrang 22 und dem Abschnitt 102 elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Falls die Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 keinen Kurzschluss aufweisen, so entladen sich diese nach dem Unterbrechen des Versorgens des Bauelementstrangs 22 mit Energie, insbesondere nach dem Öffnen des ersten Schalters 101, aufgrund ihrer intrinsischen Kapazitäten über ihre über ihre intrinsischen Bulkwiderstände und organischen funktionellen Schichtenstrukturen bis auf ihre Schleusenspannungen, wobei sich die einzelnen Schleusenspannungen zu einer Gesamtspannung über den Bauelementstrang 22 addieren. Die Gesamtspannung entspricht also einer Summe der Einzelspannungen. Bei vier Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, 18 entspricht die Gesamtspannung einem Vierfachen der Einzelspannungen. In anderen Worten bleibt aufgrund der intrinsischen Kapazitäten eine Restmenge an Energie in den Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, 18 gespeichert, die als Gesamtspannung messbar ist. Ein elektrischer Gesamtwiderstand über den Abschnitt 102 ergibt sich aus der Summe der Elektrodenwiderstände der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18. Dieser Gesamtwiderstand ist bei einer vorgegebenen Anzahl n von Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, 18 immer gleich, unabhängig davon, ob eines der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 einen Kurzschluss aufweist oder nicht. Der Maximalwert des Entladestroms entspricht daher dem Quotienten aus einem n-fachen der Schleusenspannungen und einem n-fachen der Elektrodenwiderstände, wobei n gekürzt werden kann und der Quotient unabhängig von der Anzahl n der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 ist.
Falls bei einem der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 der Kurzschluss vorliegt, beispielsweise bei dem zweiten Leuchtdiodenelement 14, so entlädt sich die in diesem zweiten Leuchtdiodenelement 14 gespeicherte Energie über den Kurzschlusswiderstand 24 und die Gesamtspannung verringert sich um diese eine Schleusenspannung. Der Gesamtwiderstand über den Abschnitt 102, der sich aus der Summe der intrinsischen Elektrodenwiderstände ergibt, bleibt jedoch gleich, weshalb der Wert des Quotienten und damit der Maximalwert des Entladestroms abnehmen. Beim elektrischen Koppeln des Eingangs 106 mit dem Ausgang 108 über den zweiten Schalter 104 entlädt sich somit die in dem Bauelementstrang 22 gespeicherte Energie über den zweiten Schalter 104 und der Maximalwert des Entladestroms ist mittels der Strommessvorrichtung 105 messbar. Der Maximalwert des Entladestroms entspricht dem Quotienten aus der Summe der Schleusenspannungen der intakten Leuchtdiodenelemente 12, 16, 18 und den Elektrodenwiderständen aller Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18. Das heißt, dass bei der Anzahl von n Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, 18 der Maximalwert des Entladestroms beim Vorliegen des Kurzschlusses um den Maximalwert multipliziert mit 1/n kleiner ist als bei ausschließlich intakten Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, 18. Die Abweichung des erfassten Maximalwerts von dem vorgegebenen Sollwert kann mittels einer nicht dargestellten Recheneinheit, beispielsweise einer Auswerteeinheit, die mit der Strommessvorrichtung 105 und/oder dem Treiberschaltkreis 20 gekoppelt ist, erkannt werden. Der vorgegebene Sollwert kann beispielsweise in der Recheneinheit bzw. der Auswerteeinheit gespeichert sein. Temperatureinflüsse auf den Maximalwert des Entladestroms können eliminiert oder zumindest minimiert werden, indem das Überprüfen bezüglich des Kurzschlusses immer bei der gleichen Temperatur durchgeführt wird, beispielsweise unter Verwendung eines nicht dargestellten Temperatursensors.
Bei dem Verfahren wird somit nach Unterbrechen der Energieversorgung des Bauelementstrangs 22 der zu untersuchende Abschnitt 102 des Bauelementstrangs 22 über die elektrische Kopplung des Eingangs 106 mit dem Ausgang 108 mittels des zweiten Schalters 104 kurzgeschlossen und der Maximalwert des Entladestroms wird gemessen. Dieser Maximalwert des Entladestroms ist nicht signifikant von der Anzahl der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 in dem Bauelementstrang 22, insbesondere dem Abschnitt 102, abhängig. Der Entladestrom über die elektrische Kopplung erreicht zum Zeitpunkt der elektrischen Kopplung und direkt nach der elektrischen Kopplung den Maximalwert. Dann sinkt der Entladestrom ab, da sich die Gesamtkapazität (Cges) des Abschnitts 102, die von den Kapazitäten der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 des Abschnitts 102 bestimmt wird (siehe 3), mit der Zeitkonstante T = Rges·Cges entlädt. Der Maximalwert (I_MAX) ergibt sich zu I_MAX = Uges/Rges.
Der Gesamtwiderstand Rges des Abschnitts 102 ergibt sich näherungsweise aus der Summe der Widerstandswerte Rele der Elektrodenwiderstände 42, 48, 54, ferner kann der Gesamtwiderstand Rges auch Leitungswiderstände und/oder einen elektrischen Widerstand einer Strommessvorrichtung umfassen, welche jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel vernachlässigt sind. In der Praxis kann die Strommessvorrichtung vorteilhaft so gewählt werden, dass sie einen kleinen elektrischen Widerstand hat, insbesondere einen, vernachlässigbaren elektrischen Widerstand. Liegt kein Kurzschluss vor, so ergibt sich der Maximalwert I_MAX des Entladestroms somit zu I_MAX = n × Uf/(n × Rele) = Uf/Rele, da sich die Anzahl n der Leuchtdiodenelement herauskürzt. Das heißt, dass der Maximalwert I_MAX des Entladestroms nicht von der Anzahl n der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 abhängt.
Bei einem Kurzschluss bei einem der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18, also bei einer Anzahl (n – 1) von einwandfreien Leuchtdiodenelementen 12, 16, 18 und einem kurzgeschlossenen Leuchtdiodenelement 14 entlädt sich das kurzgeschlossene Leuchtdiodenelement 14 sehr schnell über den Kurzschlusswiderstand 24 und die kurz vor der elektrischen Kopplung anliegende Spannung reduziert sich um eine Einzelspannung Uf. Die Anzahl der Elektrodenwiderstände Rele bleibt jedoch gleich, womit der Maximalwert I_MAX des Entladestroms bei vorliegendem Kurzschluss kleiner sein muss als bei einem Bauelementstrang 22, insbesondere einem Abschnitt 102, ohne kurzgeschlossenes Leuchtdiodenelement 14. Insbesondere ergibt sich der Maximalwert des Entladestroms zu I_MAX = Uf × (n – 1)/(n × Rele) = (Uf/Rele) × (n – 1)/n.
Ist ein Leuchtdiodenelement 12, 14, 16, 18 mit einem Kurzschluss vorhanden, so ist der Maximalwert I_MAX des Entladestroms also um den Faktor (n – 1)/n verringert als bei einem einwandfreien Bauelementstrang 22 ohne kurzgeschlossenes Leuchtdiodenelement 12, 14, 16, 18. Außerdem ist der Maximalwert I_MAX des Entladestroms unabhängig von der Stranglänge, also der Anzahl n von Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, 18 in dem Abschnitt 102, d. h. er kann fest in eine entsprechende Auswerteeinheit einprogrammiert werden. Insbesondere gilt näherungsweise I_MAX(n = 7) = I_MAX(n = 6) > I_MAX (n = 7, aber ein Kurzschluss).
Bei Stranglängen von beispielsweise 2 bis 7 Bauteilen, was beispielsweise typisch ist für SELV < 60 V, sinkt der Maximalwert I_MAX beim Auftreten eines Kurzschlusses auf einen Wert von 86% (7er Strang) bis 50% (2er Strang) ab. Es besteht somit bei 7 Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, 18 eine systematische Erkennungsmarge von 14%.
Alternativ kann die optoelektronische Baugruppe 100 mehr als einen Bauelementstrang 22, mehr als einen Abschnitt 102 und/oder mehr oder weniger Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 aufweisen.
6 zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe 100, die beispielsweise weitgehend der in 5 gezeigten optoelektronischen Baugruppe 100 entsprechen kann. Die optoelektronische Baugruppe 100 weist den Bauelementstrang 22 auf, wobei der Bauelementstrang 22 den Abschnitt 102, der in diesem Zusammenhang als erster Abschnitt 102 bezeichnet wird, und einen zweiten Abschnitt 110 aufweist. Der erste Abschnitt 102 weist den Eingang 106 und den Ausgang 108 auf, die in diesem Zusammenhang als erster Eingang 106 bzw. als erster Ausgang 108 bezeichnet werden. Der zweite Abschnitt 110 weist einen zweiten Eingang 116 und einen zweiten Ausgang 118 auf. Der erste Ausgang 108 kann dem zweiten Eingang 116 entsprechen oder direkt elektrisch mit diesem gekoppelt sein.
Ein dritter Schalter 112 ist zu dem zweiten Abschnitt 110 elektrisch parallel geschaltet. Der dritte Schalter 112 ist einerseits mit dem ersten Ausgang 108 und/oder dem zweiten Eingang 116 und andererseits mit dem zweiten Ausgang 118, der Strommessvorrichtung 105 und dem Treiberschaltkreis 20 elektrisch gekoppelt. Der dritte Schalter 112 koppelt in seinem ersten Schaltzustand den ersten Ausgang 108 elektrisch mit dem zweiten Ausgang 118 und/oder dem zweiten Schalter 104. In anderen Worten wird in dem ersten Schaltzustand des dritten Schalters 112 der Strom um den zweiten Abschnitt 110 herumgelenkt, so dass lediglich der erste Abschnitt 102 mit Energie versorgt wird. Der dritte Schalter 112 wird beispielsweise zwischen der Kathode des Bauelementstrangs bzw. Masse (Ground/GND) und einen Knoten zwischen dem ersten und zweiten Leuchtdiodenelement 12, 14 geschaltet und überbrückt im geschlossenen Zustand alle Leuchtdiodenelemente 14, 16, 18, bis auf das in 6 oberste, insbesondere erste Leuchtiodenelement 12 des Bauelementstrangs 22. Für den zweiten und/oder dritten Schalter 104, 112 können kostengünstige N-Mosfets oder NPN-Transistoren verwendet werden.
Falls sich der dritte Schalter 112 in seinem ersten Schaltzustand befindet, entspricht die Funktion der in 6 gezeigten optoelektronischen Baugruppe 100 der in 4 gezeigten optoelektronischen Baugruppe 100, wobei das erste Leuchtdiodenelement 12 entsprechend der in 4 gezeigten optoelektronischen Baugruppe 100 bezüglich des Kurzschlusses untersucht werden kann. Insbesondere kann zu Beginn des Untersuchens bezüglich des Kurzschlusses zuerst der dritte Schalter 112 geschlossen werden und dann der erste Schalter 101 geschlossen werden und der erste Abschnitt 102 mit Energie versorgt werden oder zuerst kann der erste Schalter 101 geschlossen werden und der ganze Bauelementstrang 22 mit Energie versorgt werden und dann der dritte Schalter 112 geschlossen werden. Nachfolgend folgt das Koppeln des ersten Eingangs 106 mit dem ersten Ausgang 108 mittels des zweiten Schalters 104 und das Ermitteln des Maximalwerts des Entladestroms über die Strommessvorrichtung 105.
Falls erkannt wird, dass bei dem ersten Leuchtdiodenelement 12 kein Kurzschluss vorliegt, so kann der erfasste Maximalwert des Entladestroms als erster Maximalwert bezeichnet werden und für weitere Messverfahren als Sollwert vorgegeben werden.
Falls sich der dritte Schalter 112 in seinem zweiten Schaltzustand befindet, also geöffnet ist, so entspricht die Funktionsweise der in 6 gezeigten optoelektronischen Baugruppe 100 der in 5 gezeigten optoelektronischen Baugruppe 100. Im Unterschied dazu kann jedoch nun beim Untersuchen des zweiten Abschnitts 110 bezüglich des Kurzschlusses eines der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 der zuvor in dem ersten Abschnitt 102 ermittelte und vorgegebene Sollwert als Referenz und Vergleichswert herangezogen werden. Insbesondere kann bei geöffnetem drittem Schalter 112 der erste Schalter 101 geschlossen werden und der Bauelementstrang 22 kann mit Energie versorgt werden. Nachfolgend folgt ein Koppeln des ersten Eingangs 106 mit dem zweiten Ausgang 118 mittels des zweiten Schalters 104 und das Ermitteln eines zweiten Maximalwerts des Entladestroms über die Strommessvorrichtung 105. Der zweite Maximalwert kann nun mit dem vorgegebenen Sollwert, insbesondere dem ersten Maximalwert, verglichen werden. Falls der zweite Maximalwert gleich oder zumindest näherungsweise gleich dem ersten Maximalwert ist, so weisen das zweite, das dritte und das vierte Leuchtdiodenelement 14, 16, 18 keinen Kurzschluss auf. Falls der zweite Maximalwert nicht gleich oder nicht zumindest näherungsweise gleich dem ersten Maximalwert ist, so weisen das zweite, das dritte und/oder das vierte Leuchtdiodenelement 14, 16, 18 den Kurzschluss auf (das erste Leuchtdiodenelement 12 wurde bereits untersucht).
Das Ermitteln des ersten Maximalwerts und das Vorgeben des ersten Maximalwerts als Sollwert, falls das erste Leuchtdiodenelement 12 keinen Kurzschluss hat, kann besonders vorteilhaft sein, falls das zweite, dritte und vierte Leuchtdiodenelement 14, 16, 18 baugleich dem ersten Leuchtdiodenelement 12 sind und damit den gleichen Alterungs-, Verschleiß- oder Temperaturzuständen unterliegen wie das erste Leuchtdiodenelement 12. Die Einflüsse des Alters, des Verschleißes bzw. der Temperatur sind dann schon in den vorgegebenen Sollwert eingegangen und so bereits berücksichtigt und können somit vollständig oder zumindest teilweise eliminiert werden. Die Untersuchungen des ersten Leuchtdiodenelements 12 und der anderen Leuchtdiodenelemente 14, 16, 18 bezüglich des Kurzschlusses sollten kurz nacheinander durchgeführt werden, beispielsweise maximal wenige Sekunden nacheinander, damit sich die Temperatur der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 nicht zu stark ändern kann und die Untersuchung verfälschen kann.
Es besteht keine Notwendigkeit eine Gut-/Schlecht-Schwelle in Form eines Sollwertes für den Entladestrom vorprogrammieren bzw. vorgegeben zu müssen und damit die optoelektronische Baugruppe 100 auf einen bestimmten Typ von Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, 18 auszulegen. Im Unterschied dazu können verschiedenste Typen von Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, 18 in dem Bauelementstrang 22 angeordnet werden, solang alle vom gleichen Typ sind. Die Überprüfung bezüglich des Kurzschlusses ist damit nicht nur Stranglängenunabhängig, sondern auch unabhängig vom Typ der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18, insbesondere unabhängig vom verwendeten OLED-Typ. Des Weiteren werden Temperatur- und Alterungseinflüsse minimiert, wobei lediglich ein Schalter mehr, insbesondere der dritte Schalter 112 zusätzlich nötig ist. Der dritte Schalter 112 kann beispielsweise einen Transistor aufweisen oder von diesem gebildet sein. Ferner ist eine einfache und kostengünstige Ansteuerung des dritten Schalters 112 möglich, da das Steuersignal für den entsprechenden Mosfet auf Masse bezogen sein kann.
Alternativ kann der dritte Schalter 112 auch zwischen den Eingang des ersten Abschnitts 102 und zwischen dem dritten und dem vierten Leuchtdiodenelement 16, 18 angeschlossen werden. Der dritte Schalter 112 überbrückt dann in geschlossenem Zustand das erste, zweite und dritte Leuchtdiodenelement 12, 14, 16, so dass das letzte Leuchtdiodenelement des Bauelementstrangs 22, insbesondere das vierte Leuchtdiodenelement 18, unabhängig von den anderen betrieben und überprüft werden kann.
7 zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe 100, die beispielsweise weitgehend der in 6 gezeigten optoelektronischen Baugruppe 100 entsprechend ausgebildet sein kann. Der erste Abschnitt 102 weist mindestens das erste und das zweite Leuchtdiodenelement 12, 14 auf, Der zweite Abschnitt 110 weist mindestens das dritte und vierte Leuchtdiodenelement 16, 18 auf. Der erste Ausgang 108 und der zweite Eingang 116 sind zwischen dem zweiten Leuchtdiodenelement 14 und dem dritten Leuchtdiodenelement 16 angeordnet. Der dritte Schalter 112 ist einerseits mit dem ersten Ausgang 108 und/oder dem zweiten Eingang 116 und andererseits mit dem zweiten Ausgang 108 elektrisch gekoppelt. Der dritte Schalter 112 ist zu dem zweiten Abschnitt 110 elektrisch parallel geschaltet. Der dritte Schalter 112 koppelt in seinem ersten Schaltzustand den ersten Ausgang 108 und den zweiten Ausgang 118 direkt elektrisch miteinander.
Die Baugruppe 100 weist einen vierten Schalter 114 auf. Der vierte Schalter 114 ist einerseits mit dem ersten Eingang 106 und andererseits mit dem ersten Ausgang 108 und/oder dem zweiten Eingang 116 elektrisch gekoppelt. Der vierte Schalter 114 ist zu dem ersten Abschnitt 102 elektrisch parallel geschaltet. Der vierte Schalter 114 koppelt in seinem ersten Schaltzustand den ersten Eingang 106 und den zweiten Eingang 108 direkt elektrisch miteinander.
Somit kann bei geschlossenem dritten Schalter 112 und geöffnetem vierten Schalter 114 lediglich der erste Abschnitt 102 mit elektrischer Energie versorgt werden und bei geschlossenem vierten Schalter 114 und geöffnetem dritten Schalter 112 kann lediglich der zweite Abschnitt 110 mit elektrischer Energie versorgt werden.
Beim Versorgen eines der Abschnitte 102, 110 mit elektrischer Energie laden sich die intrinsischen Kapazitäten der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 auf und entladen sich beim Unterbrechen der Energieversorgung bis zu den Schleusenspannungen der einzelnen Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18, so dass sich über dem entsprechenden Abschnitt 102, 110 eine aus der Summe der einzelnen Schleusenspannungen bestehenden Gesamtspannung einstellt. Mit Schließen des zweiten Schalters 104 kann dann die Entladung der entsprechenden Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 erfolgen und der Maximalwert des Entladestroms kann erfasst werden. Abhängig von dem Maximalwert des Entladestroms kann entsprechend der im Vorhergehenden erläuterten Verfahren für jeden der Abschnitte 102, 110 einzeln untersucht werden, ob der entsprechende Abschnitt 102, 110 ein Leuchtdiodenelement 12, 14, 16, 18 mit einem Kurzschluss aufweist oder nicht. Die Untersuchung bezüglich des Kurzschlusses kann im Wesentlichen korrespondierend zu den im Vorstehenden erläuterten Untersuchungen durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich können die erfassten Maximalwerte miteinander verglichen werden, wodurch eine relative und/oder redundante Überprüfung des Vorliegens eines Kurzschlusses möglich ist.
Grundsätzlich ist bei dem Erfassen des Maximalwerts des Entladestroms die Signatur des Kurzschlusses umso ausgeprägter, je kürzer der untersuchte Bauelementstrang 22 bzw. Abschnitt 102, 110, ist. Der Maximalwert sinkt im Falle eines Kurzschlusses grundsätzlich auf das ((n – 1)/n)-fache des Maximalwerts ohne Kurzschluss. Bei beispielsweise zwei Leuchtdiodenelementen 12, 14 sinkt der Maximalwert auf 50% seines Werts im kurzschlussfreien Fall. Dies ist zuverlässiger zu erkennen, insbesondere erlaubt dies eine größere Streuung, größere Toleranzen, größere Temperaturunterschiede und/oder Alterungserscheinungen, als bei einem Bauelementstrang 22 bzw. Abschnitt 102, 110 mit beispielsweise acht Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, bei dem der Maximalwert lediglich auf 87,5% seines Werts im kurzschlussfreien Fall fällt.
Bei der in 7 gezeigten optoelektronischen Baugruppe 100 ist der Bauelementstrang 22 mittels der Abschnitte 102, 110 und des dritten und vierten Schalters 112, 114 halbiert und die Signatur eines Kurzschlusses in dem Bauelementstrang 22 wird deutlicher. Dafür sind zwei anstatt einer Überprüfung durchzuführen. Es können optional noch weitere Schalter hinzugefügt werden, beispielsweise falls der Bauelementstrang 22 noch weitere Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 aufweist.
8 zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe 100, die beispielsweise weitgehend der in 5 erläuterten optoelektronischen Baugruppe 100 entsprechen kann. Die optoelektronische Baugruppe 100 weist anorganische Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16 auf. Die anorganische Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16 haben verglichen mit organischen Leuchtdiodenelementen relativ kleine Elektroden und die Elektrodenwiderstände sowie die intrinsischen Kapazitäten sind relativ gering. Daher sind bei dieser optoelektronischen Baugruppe 100 elektronische Bauelemente derart zu den Leuchtdiodenelementen 12 elektrisch parallel geschaltet, dass ein elektronisches Verhalten des Bauelementstrangs 22 mit den anorganischen Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16 zumindest ähnlich zu dem elektronischen Verhalten eines entsprechenden Bauelementstrangs mit organischen Leuchtdiodenelementen ist.
Insbesondere ist parallel zu dem ersten Leuchtdiodenelement 12 ein erster Kondensator 44 und ein erster ohmscher Widerstand 42 geschaltet. Parallel zu dem zweiten Leuchtdiodenelement 14 sind ein zweiter Kondensator 50 und ein zweiter ohmscher Widerstand 48 geschaltet. Parallel zu dem dritten Leuchtdiodenelement 16 sind ein dritter Kondensator 56 und ein dritter ohmscher Widerstand 54 elektrisch in Reihe geschaltet. Die Kondensatoren 44, 50, 58 korrespondieren zu den entsprechenden intrinsischen Kapazitäten bzw. korrespondieren die Widerstände 42, 48, 54 zu den intrinsischen Elektrodenwiderständen der im vorhergehenden erläuterten organischen Leuchtiodenelemente 12, 14, 16, 18.
Beim Versorgen des Bauelementstrangs 22 mit elektrischer Energie laden sich die Kondensatoren 44, 50, 56 auf. Nach dem Unterbrechen der Energieversorgung des Bauelementstrangs 22 entlädt sich der Bauelementstrang 22 bis auf die in den Kondensatoren 44, 50, 56 gespeicherte Energie. Beim Schließen des zweiten Schalters 104 entladen sich die Kondensatoren 44, 50, 56 über den zweiten Schalter 104, so dass der Maximalwert des Entladestroms mittels der Strommessvorrichtung 105 erfasst werden kann. Falls eines der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16 einen Kurzschluss aufweist, so lädt sich der entsprechende Kondensator 44, 50, 56 erst gar nicht auf oder entlädt sich bereits nach Unterbrechen der Energieversorgung durch Öffnen des ersten Schalters 101. Die nach Öffnen des ersten Schalters 101 anliegende Gesamtspannung ist dann wiederum um die Kondensatorspannung des entsprechenden Kondensators 44, 50, 56 verringert, wodurch sich der Maximalwert des Entladestroms um den Faktor n – 1/n verringert. Somit kann das im Vorhergehenden erläuterte Verfahren zum Betreiben der optoelektronischen Baugruppe 100, insbesondere zum Ermitteln des Kurzschlusses bei einem der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18, ohne weiteres auf die optoelektronische Baugruppe 100 mit den anorganischen Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16 übertragen werden.
Die Kondensatoren 44, 50, 56 und die entsprechenden Widerstände 42, 48, 54 bilden paarweise je ein Parallel-RC-Glied und sorgen dafür, dass der Widerstand, über den sich die Kapazitäten beim Schließen von des zweiten Schalters 104 entladen, linear mit der Anzahl n der LED-Module, insbesondere der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, ansteigt. Dadurch ist der Maximalwert des Entladestroms ohne einen Kurzschluss wie vorstehend erläutert wieder unabhängig von der Anzahl der LED-Module. Die Kondensatoren 44, 50, 56 bewirken, dass die Schleusenspannungen ausreichend lange gehalten werden, wie die intrinsischen Kapazitäten der organischen Leuchtdiodenelemente. Der Kondensator 44, 50, 56 eines kurzgeschlossenen LED-Moduls wird über den Kurzschluss des LED-Moduls schnell entladen und seine Schleusenspannung fehlt im Moment des Schließens des zweiten Schalters 104. Für die Entladung der Gesamtkapazität ist jedoch der Widerstand 42, 48, 52 des kurzgeschlossenen LED-Moduls immer noch im Entladestromkreis, wodurch der Gesamtwiderstand des Bauelementstrangs gleich bleibt, da der Entladestrom zum Zeitpunkt des Schließens des zweiten Schalters 104 ein hochfrequenter Strom ist, für welchen die Kondensatoren 44, 50, 56 nur kleine Widerstände darstellen. Die Kondensatoren 44, 50, 56 und die entsprechenden Widerstände 42, 48, 54 können einfach und kostengünstig auf dem einer nicht dargestellten Leiterplatte des entsprechenden LED-Moduls mit bestückt werden.
Werden die Widerstandswerte der Widerstände 42, 48, 54 klein genug und die Kapazitäten der Kondensatoren 44, 50, 56 groß genug gewählt, so können die Kondensatoren 44, 50, 56 auch als zusätzliche Glättungskondensatoren (Stromripple) verwendet werden und/oder den im Allgemeinen im Treiberschaltkreis 20 vorhandenen Ausgangskondensator ersetzen.
9 zeigt Diagramme mit beispielhaften Verläufen von Spannungen und einem Strom. Insbesondere zeigt das in 9 obere Diagramm einen ersten Spannungsverlauf 120 und einen zweiten Spannungsverlauf 122. Zum Zeitpunkt t = 0 wird der Bauelementstrang 22 mit Energie versorgt und die Spannungsverläufe 120, 122 steigen auf je einen ersten Spannungswert 124 bzw. einen zweiten Spannungswert 126 an. Der erste Spannungsverlauf 120 entspricht der Spannung falls ein Kurzschluss vorliegt und der zweite Spannungsverlauf 122 entspricht der Spannung falls kein Kurzschluss vorliegt. Zu einem ersten Zeitpunkt 132 wird die Versorgung des Bauelementstrangs 22 mit Energie unterbrochen so dass die Gesamtspannung auf die Summe der Schleusenspannungen der intakten Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16 abfällt.
Insbesondere fällt der erste Spannungsverlauf 120 auf einen dritten Spannungswert 128 ab und der zweite Spannungsverlauf 122 fällt auf einen vierten Spannungswert 130 ab.
Das in 9 untere Diagramm zeigt den Stromverlauf des Entladestroms, der grundsätzlich Null ist bis auf den zweiten Zeitpunkt 134, bei dem er kurz den Maximalwert 136 des Entladestroms erreicht. Der erfasste Maximalwert 130 ist bei ausschließlich intakten, also einwandfreien Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, 18 unabhängig von der Anzahl n der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 in dem Bauelementstrang 22 und/oder einem der Abschnitte 102, 110.
10 zeigt eine beispielhafte Tabelle von Messwerten. In der ersten Spalte der Tabelle ist die Anzahl n von Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 in dem zu überprüfenden Abschnitt 102, 110 angegeben. In der zweiten Spalte ist der Maximalwert I_MAX des Entladestroms angegeben, falls in dem entsprechenden Abschnitt 102, 110 kein Kurzschluss vorliegt. In der dritten Spalte ist die Gesamtspannung Uges über den entsprechenden Abschnitt 102, 110 angegeben, falls kein Kurzschluss vorliegt. In der vierten Spalte ist die durchschnittliche Einzelspannung Uges/n an den Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, 18 angegeben. In der fünften Spalte ist der Maximalwert I_MAX des Entladestroms angegeben, falls jeweils eines der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 einen Kurzschluss aufweist. In der sechsten Spalte ist die Gesamtspannung Uges über den entsprechenden Abschnitt 102, 110 angegeben, falls eines der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 den Kurzschluss aufweist. In der siebten Spalte ist die durchschnittliche Einzelspannung Uges/(n – 1) über jedes der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 angegeben, falls eines der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 den Kurzschluss aufweist. In der achten Spalte sind prozentuale Abweichungen VGL der empirisch ermittelten Maximalwerte I_MAX des Entladestroms bei Vorliegen eines Kurzschlusses bezogen auf die entsprechenden empirisch ermittelten Maximalwerte I_MAX des Entladestroms bei ausschließlich einwandfreien Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, 18 angegeben. In der neunten Spalte sind die entsprechenden theoretisch berechneten Erwartungswerte EW angegeben. In der zehnten Spalte sind die Unterschiede DEL der empirisch ermittelten Abweichungen VGL von den entsprechenden theoretisch ermittelten Erwartungswerten EW angegeben.
Aus den 9 und 10 geht hervor, dass der Kurzschluss mittels des im vorhergehenden erläuterten Verfahrens zum Betreiben der Baugruppe 100 und/oder mittels den im vorhergehenden dargestellten Baugruppen 100 auf einfache Weise und zuverlässig erkannt werden kann.
Die Diagramme und die Tabelle bestätigen die Funktionsweise der im Vorhergehenden beschriebenen Verfahren. Die durch die Spannungsverläufe 120, 122 repräsentierten Gesamtvorwärtsspannungen im Betrieb der optoelektronischen Baugruppe 100 können abhängig von der Art, Größe und/oder Widerstandswert des Kurzschlusses stark variieren. Der Maximalwert 136 des Entladestroms ist grundsätzlich, unter Berücksichtigung von akzeptablen Toleranzen, unabhängig von der Anzahl n der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18. Der Maximalwert 136 sinkt bei einem kurzgeschlossenen Leuchtdiodenelement 12, 14, 16, 18 auf das (n – 1)/n-fache des Maximalwerts 136 ohne Kurzschluss.
11 zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe 100, die beispielsweise weitgehend der in 6 gezeigten optoelektronischen Baugruppe 100 entsprechend ausgebildet sein kann. Der erste Abschnitt 102 weist mindestens das erste Leuchtdiodenelement 12 auf. Der zweite Abschnitt 110 weist mindestens das erste und zweite Leuchtdiodenelement 12, 14 auf. Ein dritter Abschnitt 140 weist mindestens das erste, zweite und dritte Leuchtdiodenelement 12, 14, 16 auf. Der erste Eingang 106 und der zweite Eingang 116 entsprechen einander. Der erste Ausgang 108 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Leuchtdiodenelement 12, 14 angeordnet. Der zweite Ausgang 118 ist zwischen dem zweiten und dem dritten Leuchtdiodenelement 14, 16 angeordnet. Ein dritter Eingang des dritten Abschnitts 140 entspricht dem ersten und dem zweiten Eingang 106, 116. Ein Ausgang des dritten Abschnitts 140 ist zwischen dem dritten und dem vierten Leuchtdiodenelement 16, 18 angeordnet. Ein vierter Abschnitt weist alle Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 des Bauelementstrangs 22 auf. Ein Eingang des vierten Abschnitts entspricht dem ersten und zweiten Eingang 106, 116.
Der dritte Schalter 112 ist einerseits mit dem zweiten Ausgang 118 und andererseits mit einer zweiten Strommessvorrichtung 141 elektrisch gekoppelt. Der dritte Schalter 112 überbrückt in seinem ersten Schaltzustand das dritte und das vierte Leuchtdiodenelement 16, 18. Ein vierter Schalter 144 ist einerseits mit dem ersten Ausgang 108 und andererseits mit einer dritten Strommessvorrichtung 142 elektrisch gekoppelt. Der Vierte Schalter 144 überbrückt in seinem ersten Schaltzustand das zweite, dritte und das vierte Leuchtdiodenelement 14, 16, 18. Ein fünfter Schalter 146 ist einerseits mit dem dritten Ausgang des dritten Abschnitts 140 und andererseits mit einer vierten Strommessvorrichtung 143 elektrisch gekoppelt. Der fünfte Schalter 146 überbrückt in seinem ersten Schaltzustand das vierte Leuchtdiodenelement 18.
Somit kann bei geschlossenem vierten Schalter 144 lediglich der erste Abschnitt 102 mit elektrischer Energie versorgt werden. Außerdem kann bei geöffnetem vierten Schalter 144 und geschlossenem zweiten Schalter 112 der zweite Abschnitt 110 mit elektrischer Energie versorgt werden. Außerdem kann bei geöffnetem vierten Schalter 144, geöffnetem zweiten Schalter 112 und geschlossenem fünften Schalter 146 der dritte Abschnitt 140 mit elektrischer Energie versorgt werden. Falls der zweite, der vierte und der fünfte Schalter 112, 144, 146 geöffnet sind und sich somit jeweils in ihrem zweiten Schaltzustand befinden, so kann der gesamte Bauelementstrang 22 mit Energie versorgt werden.
Beim Versorgen eines der Abschnitte 102, 110, 140 oder des gesamten Bauelementstrangs 22 mit elektrischer Energie laden sich die intrinsischen Kapazitäten der entsprechenden Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 auf. Nach dem Unterbrechen der Energieversorgung entladen sich die intrinsischen Kapazitäten, sofern kein Kurzschluss vorliegt, nur bis zu den Schleusenspannungen der entsprechenden einzelnen Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18, so dass sich über dem entsprechenden Abschnitt 102, 110, 140 die aus der Summe der einzelnen Schleusenspannungen der intakten Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 bestehende entsprechende Gesamtspannung Uges einstellt. Beim elektrischen Koppeln des ersten Eingangs 106 mit dem ersten Ausgang 108 über den zweiten Schalter 104 und den vierten Schalter 144 fließt aufgrund dieser Schleusenspannung ein kurzer Entladungsstrom über die elektrische Kopplung. Bei intaktem erstem Leuchtdiodenelement 12 entspricht der Maximalwert des Entladestroms dem Quotienten aus der Schleusenspannung und dem Elektrodenwiderstand des ersten Leuchtdiodenelements 12, wobei Zuleitungswiderstände und Kontaktwiderstände vernachlässigt werden. Der Elektrodenwiderstand des ersten Leuchtdiodenelements 12 kann als Sollwert für den Maximalwert bei intaktem Leuchtdiodenelement 12 vorgegeben werden, falls der erste Abschnitt 102 lediglich das erste Leuchtdiodenelement 12 aufweist. Falls bei dem ersten Leuchtdiodenelement 12 der Kurzschluss vorliegt, so entlädt sich das erste Leuchtdiodenelement 12 schon vor dem elektrischen Koppeln des ersten Eingangs 106 mit dem ersten Ausgang 108 über den Kurzschluss und beim elektrischen Koppeln des ersten Eingangs 106 mit dem ersten Ausgang 108 fließt kein Entladestrom mehr oder, falls die intrinsische Kapazität noch nicht ganz entladen ist, nur ein sehr kleiner über den zweiten und vierten Schalter 104, 144.
Zum Überprüfen des ersten Leuchtdiodenelements 12 bezüglich des Kurzschlusses wird folglich zunächst der erste Schalter 101 in seinen ersten Schaltzustand geschaltet, also geschlossen, und der zweite, dritte, vierte und fünfte Schalter 104, 112, 144, 146 werden in ihre zweiten Schaltzustände geschaltet, also geöffnet. Der Bauelementstrang 22 wird mittels des Treiberschaltkreises 20 mit elektrischer Energie versorgt. Als nächstes wird der Treiberschalterkreis 20 ausgeschaltet und/oder der erste Schalter 101 wird geöffnet, so dass die Versorgung des Bauelementstrangs 22 mit elektrischer Energie unterbrachen ist. Nach der vorgegebenen Zeitdauer werden der zweite Schalter 104 und der dritte, vierte oder fünfte Schalter 104, 112, 144, 146 geschlossen, so dass eine direkte elektrische Kopplung zwischen einem der Eingänge 106, 116 der Abschnitte 102, 110, 140 und dem entsprechenden Ausgang 108, 118 hergestellt wird. Gleichzeitig wird mittels der entsprechenden Strommessvorrichtung 105, 142, 141, 143 der Entladestrom erfasst, der bei dem elektrischen Koppeln fließt. Insbesondere wird der Maximalwert des Entladestroms erfasst. Die Untersuchung bezüglich des Kurzschlusses kann im Wesentlichen korrespondierend zu den im Vorstehenden erläuterten Untersuchungen durchgeführt werden.
Alternativ kann zum Erfassen des Kurzschlusses einzelner Abschnitte des Bauelementstrangs 22 der zweite Schalter 104 geöffnet bleiben. Beispielsweise kann ein Abschnitt dann so definiert werden, dass er lediglich das vierte Leuchtdiodenelement 18 aufweist und der entsprechende Abschnitt, insbesondere das vierte Leuchtdiodenelement 18, kann dann bezüglich des Kurzschlusses untersucht werden, indem der Eingang des entsprechenden Abschnitts über den fünften Schalter 146 und die vierte Strommessvorrichtung 143 mit dem Ausgang des entsprechenden Abschnitts elektrisch gekoppelt wird. Der Maximalwert des Entladestroms über den entsprechenden Abschnitt kann dann mit der vierten Strommessvorrichtung 143 erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Abschnitt dann so definiert werden, dass er lediglich das dritte und das vierte Leuchtdiodenelement 16, 18 aufweist und der entsprechende Abschnitt, insbesondere das dritte und vierte Leuchtdiodenelement 16, 18, können dann bezüglich des Kurzschlusses untersucht werden, indem der Eingang des entsprechenden Abschnitts über den dritten Schalter 112 und die zweite Strommessvorrichtung 141 mit dem Ausgang des entsprechenden Abschnitts elektrisch gekoppelt wird. Der Maximalwert des Entladestroms über den entsprechenden Abschnitt kann dann mit der zweiten Strommessvorrichtung 141 erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Abschnitt dann so definiert werden, dass er lediglich das zweite, dritte und das vierte Leuchtdiodenelement 14, 16, 18 aufweist und der entsprechende Abschnitt, insbesondere das zweite, dritte und vierte Leuchtdiodenelement 14, 16, 18, können dann bezüglich des Kurzschlusses untersucht werden, indem der Eingang des entsprechenden Abschnitts über den vierten Schalter 144 und die dritte Strommessvorrichtung 142 mit dem Ausgang des entsprechenden Abschnitts elektrisch gekoppelt wird. Der Maximalwert des Entladestroms über den entsprechenden Abschnitt kann dann mit der dritten Strommessvorrichtung 142 erfasst werden. Entsprechende Abschnitte sind nachfolgend mit Bezug zu 12 erläutert.
Alternativ oder zusätzlich können die erfassten Maximalwerte unter Berücksichtigung der verschiedenen Anzahlen von Leuchtdiodenelementen 12, 14, 16, 18 in den Abschnitten 102, 110, 140 miteinander verglichen werden, wodurch eine relative und/oder redundante Überprüfung des Vorliegens eines Kurzschlusses möglich ist. Grundsätzlich ist bei dem Erfassen des Maximalwertes die Signatur des Kurzschlusses umso ausgeprägter, je kürzer der untersuchte Bauelementstrang 22 bzw. Abschnitt 102, 110, 140, ist.
Bei dem in 11 gezeigten Ausführungsbeispiel ist immer nur ein Leuchtdiodenelement 12, 14, 16, 18 zwischen zwei Anschlüssen der Schalter 112, 144, 146 angeordnet. Alternativ dazu können jedoch auch zwei oder mehr Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 zwischen zwei Anschlüssen der Schalter 112, 144, 146 angeordnet sein. Ferner kann auf den vierten Schalter 144 oder den fünften Schalter 146 verzichtet werden oder es können noch weiter Schalter so angeordnet sein, dass diese neue Abschnitte definieren und jeweils direkt mit Masse verbunden sind.
12 zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe 100, die beispielsweise weitgehend der in 11 gezeigten optoelektronischen Baugruppe 100 entsprechend ausgebildet sein kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Abschnitt 102 so definiert, dass er nur das vierte Leuchtdiodenelement 18 aufweist. Der zweite Abschnitt 110 ist so definiert, dass er das dritte und das vierte Leuchtdiodenelement 16, 18 aufweist. Der dritte Abschnitt 140 ist so definiert, dass er das zweite, dritte und vierten Leuchtdiodenelement 18 aufweist. Die erste Strommessvorrichtung 105 ist zwischen den Ausgang des Bauelementstrangs 22 und die Schalter 112, 144, 146 sowie den Treiberschaltkreis 20 geschaltet.
Zum Überprüfen des gesamten Bauelementstrangs 22 bezüglich des Kurzschlusses kann der zweite Schalter 104 geschlossen werden und der dritte, vierte, und fünfte Schalter 112, 144, 146 können geöffnet bleiben. Der erste Abschnitt 102, insbesondere das vierte Leuchtdiodenelement 18, kann bezüglich des Kurzschlusses untersucht werden, indem der Eingang des ersten Abschnitts 102 über den fünften Schalter 146 und die erste Strommessvorrichtung 105 mit dem Ausgang des entsprechenden Abschnitts elektrisch gekoppelt wird. Der Maximalwert des Entladestroms über den ersten Abschnitt 102 kann dann mit der ersten Strommessvorrichtung 105 erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Abschnitt 110, insbesondere das dritte und vierte Leuchtdiodenelement 16, 18, bezüglich des Kurzschlusses untersucht werden, indem der Eingang des zweiten Abschnitts 110 über den dritten Schalter 112 und die erste Strommessvorrichtung 105 mit dem Ausgang des zweiten Abschnitts 110 elektrisch gekoppelt wird. Der Maximalwert des Entladestroms über den zweiten Abschnitt 110 kann dann mit der ersten Strommessvorrichtung 105 erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann der dritte Abschnitt 140, insbesondere das zweite, dritte und vierte Leuchtdiodenelement 14, 16, 18, bezüglich des Kurzschlusses untersucht werden, indem der Eingang des dritten Abschnitts 140 über den vierten Schalter 144 und die erste Strommessvorrichtung 105 mit dem Ausgang des dritten Abschnitts 140 elektrisch gekoppelt wird. Der Maximalwert des Entladestroms über den dritten Abschnitt 140 kann dann mit der ersten Strommessvorrichtung 105 erfasst werden.
Bei der in 12 gezeigten optoelektronischen Baugruppe 100 kann jeder der Schalter 112, 144, 146 ein Transistor, beispielsweise ein MOSFET, sein, der direkt mit Masse verbunden ist. Dadurch ist eine einfache und kostengünstige Ansteuerung des entsprechenden Schalters 112, 144, 146 möglich, da das Steuersignal für den entsprechenden MOSFET auf Masse bezogen sein kann. Ferner ist lediglich die Strommessvorrichtung 105, insbesondere die erste Strommessvorrichtung 105, nötig, um jeden einzelnen der Maximalwerte erfassen zu können. Auch die Strommessvorrichtung 105 kann direkt auf Masse bezogen sein. Dies ermöglicht eine kostengünstige Ausführung der optoelektronischen Baugruppe 100 und/oder eine besonders präzise Erfassung der Maximalwerte. Außerdem kann die erste Strommessvorrichtung 105 während des Normalbetriebs der optoelektronischen Baugruppe 100 zum Regeln der optoelektronischen Baugruppe 100 verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können die gezeigten Bauelementstränge 22 jeweils mehr oder weniger Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 und/oder mehr oder weniger Abschnitte 102, 110, 140 und entsprechend mehr oder weniger Schalter 104, 112, 144, 146 aufweisen. Ferner kann die optoelektronische Baugruppe 100 einen, zwei oder mehr weitere Bauelementstränge 22 aufweisen. Ferner können die Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können bei allen Ausführungsbeispielen anorganische Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16, 18 verwendet werden, beispielsweise mit den entsprechenden Kondensatoren 44, 50, 56 und Widerständen 42, 48, 54.
Ferner gilt grundsätzlich bei den Ausführungsformen und/oder Ausführungsbeispielen gemäß den 4 bis 11, dass ein Eingang des Bauelementstrangs 22 einem Eingang des ersten Abschnitts 102 und/oder einer ersten Elektrode des ersten Leuchtdiodenelements 12 entsprechen kann und dass ein Ausgang des Bauelementstrangs 22 einem Ausgang des letzten Abschnitts, beispielsweise dem Ausgang des zweiten Abschnitts 110, und/oder einer zweiten Elektrode des letzten Leuchtdiodenelements des Bauelementstrangs 22, beispielsweise des vierten Leuchtdiodenelements 18, entsprechen kann.
Ferner gilt grundsätzlich bei der Ausführungsform und/oder dem Ausführungsbeispiel gemäß 12, dass ein Ausgang des Bauelementstrangs 22 einem Ausgang des ersten Abschnitts 102 und/oder einer zweiten Elektrode des ersten Leuchtdiodenelements 12 entsprechen kann und dass ein Eingang des Bauelementstrangs 22 einem Eingang des längsten Abschnitts und/oder einer ersten Elektrode des ersten Leuchtdiodenelements 12 des Bauelementstrangs 22 entsprechen kann.
Ferner kann grundsätzlich eine zweite Elektrode eines der Leuchtdiodenelemente 12, 14, 16 der ersten Elektrode des darauffolgenden Leuchtdiodenelements 14, 16, 18 entsprechen. Falls der Bauelementstrang 22 mehrere Abschnitte 102, 110 aufweist, so kann grundsätzlich ein Ausgang des einen Abschnitts 102 einer zweiten Elektrode des letzten Leuchtdiodenelements 12, 14 in dem entsprechenden Abschnitt 102 und/oder einem Eingang des darauffolgenden Abschnitts 110 und/oder einer ersten Elektrode des ersten Leuchtdiodenelements 16, 18 in dem darauffolgenden Abschnitt 110 entsprechen.
Falls lediglich ein Abschnitt 102 ausgebildet ist, so kann dieser dem Bauelementstrang 22 entsprechen und/oder als Bauelementstrang 22 bezeichnet werden. Falls ein Abschnitt 102 und/oder ein Bauelementstrang 22 lediglich ein Leuchtdiodenelement 12 aufweist, so ist das Leuchtdiodenelement 12 grundsätzlich repräsentativ für den Abschnitt 102 bzw. den Bauelementstrang 22.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2011204792 A1 [0006]
US 2010060458 A1 [0006]
WO 2012004720 A2 [0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer optoelektronischen Baugruppe (100), die mindestens einen Bauelementstrang (22) mit mindestens einem Abschnitt (102, 110) aufweist, wobei der Abschnitt (102, 110) mindestens ein Leuchtdiodenelement (12, 14, 16, 18) aufweist, bei dem der Abschnitt (102, 110) mit elektrischer Energie versorgt wird, die Versorgung des Abschnitts (102, 110) mit elektrischer Energie unterbrachen wird, ein Eingang (106, 116) des Abschnitts (102, 110) mit einem Ausgang (108, 118) des Abschnitts (102, 110) elektrisch gekoppelt wird, ein Maximalwert eines elektrischen Entladestroms erfasst wird, der über den Abschnitt (102, 110) fließt, abhängig von dem erfassten Maximalwert ermittelt wird, ob der Abschnitt (102, 110) des Bauelementstrangs (22) einen Kurzschluss aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem erkannt wird, dass der Abschnitt (102, 110) den Kurzschluss aufweist, falls der erfasste Maximalwert gleich oder zumindest näherungsweise gleich null ist, und bei dem erkannt wird, dass der Abschnitt (102, 110) keinen Kurzschluss aufweist, falls der erfasste Maximalwert ungleich null ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der erfasste Maximalwert mit einem vorgegebenen Sollwert, der größer null ist, verglichen wird, erkannt wird, dass der Abschnitt (102, 110) des Bauelementstrangs (22) einen Kurzschluss aufweist, falls der erfasste Maximalwert kleiner ist als der vorgegebene Sollwert, erkannt wird, dass der Abschnitt (102, 110) des Bauelementstrangs (22) keinen Kurzschluss aufweist, falls der erfasste Maximalwert gleich oder zumindest näherungsweise gleich ist wie oder größer ist als der vorgegebene Sollwert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Eingang (106, 116) des Abschnitts (102, 110) und der Ausgang (108, 118) des Abschnitts (102, 110) erst eine vorgegebene Zeitdauer nach dem Unterbrechen des Versorgens des Abschnitts (102, 110) mit elektrischer Energie elektrisch gekoppelt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem ermittelt wird, nach welcher Zeitdauer nach dem Unterbrechen des Versorgens des Abschnitts (102, 110) mit Energie eine Spannung über dem Abschnitt (102, 110) des Bauelementstrangs (22) einer Summe der Schleusenspannungen aller Leuchtdiodenelemente (12, 14, 16, 18) des Abschnitts (102, 110) entspricht, und bei dem die ermittelte Zeitdauer als die vorgegebene Zeitdauer vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Versorgung des Abschnitts (102, 110) mit Energie unterbrochen wird, indem ein Treiberschaltkreis (20) zum Betreiben des Bauelementstrangs (22) abgeschaltet wird oder eine elektrische Verbindung zwischen dem Treiberschaltkreis (20) und dem Bauelementstrang (22) unterbrochen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem zunächst ermittelt wird, ob ein erstes Leuchtdiodenelement (12) aufweisender erster Abschnitt (102) des Bauelementstrangs (22) einen Kurzschluss aufweist, indem ein Eingang (106) des ersten Abschnitts (102) des Bauelementstrangs (22) mit einem Ausgang (108) des ersten Abschnitts (102) des Bauelementstrangs (22) elektrisch gekoppelt wird und ein erster Maximalwert des elektrischen Entladestroms erfasst wird, der über den ersten Abschnitt (102) fließt, falls erkannt wird, dass der erste Abschnitt (102) keinen Kurzschluss aufweist, der erfasste erste Maximalwert als Sollwert vorgegeben wird, die elektrische Kopplung zwischen dem Eingang (106) und dem Ausgang (108) des ersten Abschnitts (102) unterbrochen wird, der erste Abschnitt (102) des Bauelementstrangs (22) und ein mit dem ersten Abschnitt (102) in Reihe geschalteter zweiter Abschnitt (110) des Bauelementstrangs (22), der mindestens ein zweites Leuchtdiodenelement (14, 16, 18) aufweist, mit Energie versorgt werden, die Versorgung des ersten Abschnitts (102) und des zweiten Abschnitts (110) mit Energie unterbrochen wird, ein Eingang (116) des ersten Abschnitts (102) und ein Ausgang (118) des zweiten Abschnitts (110) elektrisch miteinander gekoppelt werden, ein zweiter Maximalwert eines elektrischen Entladestroms erfasst wird, der über die elektrische Kopplung des Eingangs (116) des ersten Abschnitts (102) mit dem Ausgang (118) des zweiten Abschnitts (110) fließt, der erfasste zweite Maximalwert mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen wird, erkannt wird, dass der zweite Abschnitt (110) einen Kurzschluss aufweist, falls der erfasste zweite Maximalwert kleiner ist als der vorgegebene Sollwert, erkannt wird, dass der zweite Abschnitt (110) keinen Kurzschluss aufweist, falls der erfasste zweite Maximalwert gleich oder zumindest näherungsweise gleich ist wie oder größer ist als der vorgegebene Sollwert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem zunächst ermittelt wird, ob ein erstes Leuchtdiodenelement (12, 14) aufweisender erster Abschnitt (102) des Bauelementstrangs (22) einen Kurzschluss aufweist, indem ein Eingang (106) des ersten Abschnitts (102) des Bauelementstrangs (22) mit einem Ausgang (108) des ersten Abschnitts (102) des Bauelementstrangs (22) elektrisch gekoppelt wird, ein erster Maximalwert des elektrischen Entladestroms erfasst wird, der über die elektrische Kopplung des ersten Abschnitts (102) fließt, und der erste Maximalwert mit einem vorgegebenen ersten Sollwert verglichen wird, die elektrische Kopplung zwischen dem Eingang (106) und dem Ausgang (108) des ersten Abschnitts (102) unterbrochen wird, ein mit dem ersten Abschnitt (102) in Reihe geschalteter zweiter Abschnitt (110) des Bauelementstrangs (22), der mindestens ein zweites Leuchtdiodenelement (16, 18) aufweist, mit Energie versorgt wird, die Versorgung des zweiten Abschnitts (110) mit Energie unterbrochen wird, ein Eingang (116) des zweiten Abschnitts (110) und ein Ausgang (118) des zweiten Abschnitts (110) elektrisch miteinander gekoppelt werden, ein zweiter Maximalwert eines elektrischen Entladestroms erfasst wird, der über die elektrische Kopplung des zweiten Abschnitts (110) fließt, der erfasste zweite Maximalwert mit einem vorgegebenen zweiten Sollwert verglichen wird, erkannt wird, dass der zweite Abschnitt (110) einen Kurzschluss aufweist, falls der erfasste zweite Maximalwert kleiner ist als der vorgegebene zweite Sollwert, erkannt wird, dass der zweite Abschnitt (110) keinen Kurzschluss aufweist, falls der erfasste zweite Maximalwert gleich oder zumindest näherungsweise gleich ist wie oder größer ist als der vorgegebene zweite Sollwert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Sollwert zum Ermitteln des Kurzschlusses in einem der Abschnitte (102, 110) so vorgegeben wird, dass er einem Quotienten aus einer Schleusenspannung und einem Elektrodenwiderstand eines der Leuchtdiodenelemente (12, 14, 16, 18), das der Abschnitt (102, 110) aufweist, entspricht.
Optoelektronische Baugruppe (100), aufweisend mindestens einen Bauelementstrang (22) mit mindestens einem Abschnitt (102, 110), wobei der Abschnitt (102, 110) mindestens ein Leuchtdiodenelement (12, 14, 16, 18) aufweist, einen mit dem Bauelementstrang (22) elektrisch gekoppelten Treiberschaltkreis (20) zum Versorgen des Bauelementstrangs (22) mit elektrischer Energie, einen ersten Schalter (101) zum Unterbrechen der Versorgung des Bauelementstrangs (22) mit Energie, einen zweiten Schalter (104) zum elektrischen Koppeln eines Eingangs (106, 116) des Abschnitts (102, 110) des Bauelementstrangs (22) mit einem Ausgang (108, 118) des Abschnitts (102, 110) des Bauelementstrangs (22), einen Strommesser (105) zum Erfassen eines Maximalwerts eines elektrischen Entladestroms, der über die elektrische Kopplung des Abschnitts (102, 110) fließt, eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, abhängig von dem erfassten Maximalwert zu ermitteln, ob der Abschnitt (102, 110) des Bauelementstrangs (22) einen Kurzschluss aufweist.
Optoelektronische Baugruppe (100) nach Anspruch 10, bei der der erste Schalter (101) so ausgebildet ist, dass mittels des ersten Schalters (101) der Treiberschaltkreis (20) angeschaltet oder abgeschaltet werden kann oder dass eine elektrische Verbindung zwischen dem Treiberschaltkreis (20) und dem Bauelementstrang (22) verbunden oder unterbrochen werden kann.
Optoelektronische Baugruppe (100) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der Bauelementstrang (22) einen ersten Abschnitt (102) und einen mit dem ersten Abschnitt (102) elektrisch in Reihe geschalteten zweiten Abschnitt (110) aufweist, der erste Abschnitt (102) mindestens ein erstes Leuchtdiodenelement (12, 14) aufweist, der zweite Abschnitt (110) mindestens ein zweites Leuchtdiodenelement (14, 16, 18) aufweist, die optoelektronische Baugruppe (100) einen dritten Schalter (112) aufweist, der in seinem ersten Schaltzustand einen Ausgang (108) des ersten Abschnitts (102) mit einem Ausgang (118) des zweiten Abschnitts elektrisch koppelt und der in seinem zweiten Schaltzustand den Ausgang (108) des ersten Abschnitts (102) und den Ausgang (118) des zweiten Abschnitts elektrisch voneinander trennt und der mit dem zweiten Schalter (104) elektrisch gekoppelt ist.
Optoelektronische Baugruppe (100) nach Anspruch 12, mit einem vierten Schalter (114), der in seinem ersten Schaltzustand einen Eingang (106) des ersten Abschnitts (102) mit einem Eingang (116) des zweiten Abschnitts (110) elektrisch koppelt und der in seinem zweiten Schaltzustand den Eingang (106) des ersten Abschnitts (102) und den Eingang (116) des zweiten Abschnitts (110) elektrisch voneinander trennt und der mit dem dritten Schalter (112) elektrisch gekoppelt ist.
Optoelektronische Baugruppe (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei mindestens eines der Leuchtdiodenelemente (12, 14, 16, 18) eine anorganische Leuchtdiode ist und bei der parallel zu der anorganischen Leuchtdiode ein Kondensator (44, 50, 56) und ein elektrischer widerstand (46, 52, 58) elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Optoelektronische Baugruppe (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei der mindestens ein Abschnitt (102, 110) des Bauelementstrangs (22) mindestens zwei Leuchtdiodenelemente (12, 14, 16, 18) aufweist.