JP2011509645A - 非接触電力およびデータ伝送システムならびに方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】非接触電力およびデータ伝送システムを提供する。
【解決手段】
非接触電力およびデータ伝送システムは、少なくとも一部がバリア封入材内に配設された封入型光電子半導体デバイスと、バリア封入材を介して電力およびデータの少なくとも一方を伝送するように構成された非接触電力伝送システムとを含む。非接触電力およびデータ伝送システムを製作する方法も開示される。
【選択図】図３
【解決手段】
非接触電力およびデータ伝送システムは、少なくとも一部がバリア封入材内に配設された封入型光電子半導体デバイスと、バリア封入材を介して電力およびデータの少なくとも一方を伝送するように構成された非接触電力伝送システムとを含む。非接触電力およびデータ伝送システムを製作する方法も開示される。
【選択図】図３
Description
本発明は一般に、光電子半導体デバイスの給電に関する。本発明は、より詳細には、光電子半導体デバイスへのまたは光電子半導体デバイスからの電力または情報の非接触伝送に関する。
光電子半導体デバイス、特に有機材料をベースとするデバイスは、水分および酸素にさらされると急速に劣化することが知られている。水分および酸素はしばしば、デバイス寿命を制限する主要な外部劣化要因と見なされている。有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）などの典型的な大面積デバイスは、ＯＬＥＤが有害な環境から保護されるようにハーメチックパッケージング方式を使用して、バッチまたはロールツーロールの形で製作される。典型的には、ガラス、金属箔（どちらも本質的に優れたバリア）、および薄膜バリア付きプラスチック膜が、デバイス構造に応じて基板および／またはスーパーストレート（ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ）として使用される。基板として使用される前述したそれらの材料のいずれかの上に構築される光電子半導体デバイスの場合、薄膜バリアを上部封入として利用することもできる。しかし、封入されたデバイスの内部を外側の電源と接続するコンタクトパッドおよび電力リードの部分など、封入が適用されない、または封入が中断されたデバイスの部分または領域が依然としてある。封入されていない電力リードは、早期に腐食、離層、または他の形で劣化して、水蒸気および酸素が侵入する近道をもたらし、封入を損なう恐れがある。
バリア特性をテストするための一般的な方法は、封入されたデバイスが６０℃／９０％相対湿度（ＲＨ．）などの苛酷な環境にさらされている間にその性能を監視することである。金属カソードコンタクトの一部が封入の外側に達するＯＬＥＤでは、そのコンタクトが非常に急速（数時間以内）に離層、ひび割れ、および／または腐食して、水および酸素の浸透の近道を形成し、したがって、早期デバイス故障を引き起こすことがしばしば観測されている。また、モリブデン基板上のＣＩＧＳ（銅インジウムガリウムセレン化物）ベースデバイスなどの光起電力デバイスも、水蒸気および酸素の浸透により劣化することが知られている。
したがって、前述の早期故障のメカニズムが解消される、そのようなデバイスに給電するための方法を見い出すことが大いに望ましい。非接触電力／データ伝送の更なる利点は、例えばディスプレイや検出器アレイのようなデバイスに必要な複数の導電性相互接続をなくすことにより達成される潜在的なコスト節減にある。
本明細書で開示する一実施形態は、少なくとも一部がバリア封入材内に配設された封入型光電子半導体デバイスと、バリア封入材を介して電力およびデータの少なくとも一方を伝送するように構成された非接触電力伝送システムとを含むシステムである。
本明細書で開示する別の実施形態は、少なくとも一部がバリア封入材内に配設された封入型光電子プレーナ半導体デバイスと、バリア封入材を介して電力およびデータの少なくとも一方を伝送するように構成された非接触電力伝送システムとを含むシステムである。
本明細書で開示するさらに別の実施形態は、集積非接触被給電システムを製作する方法である。この方法は、基板上にデバイスを設けること、デバイスに動作可能に電気的に結合された第１の非接触電力伝送要素を設けること、デバイスおよび第１の非接触電力伝送要素を取り囲んで、バリア封入材を設けること、ならびに電源に動作可能に電気的に結合された第２の非接触電力伝送要素を、バリア封入材の外側かつ第１の非接触電力伝送要素の向かいに設けて、集積システムを形成することを含む。
本明細書で開示する別の実施形態は、非接触電力伝送光電子半導体デバイスシステムを製作する方法である。この方法は、光電子半導体デバイスと共に集積され、かつバリア封入材の内側に配設された、第１の非接触電力伝送要素を設けること、および基板上に配設され、バリア封入材の外側に配置され、かつ光電子半導体デバイスから離れて配設された、第２の非接触電力伝送要素を設けることを含む。
本発明の上記および他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読めば、より良く理解されるようになるであろう。全ての図面を通して同様の符号が同様の部品を表す。
本発明の諸実施形態は、非接触電力伝送のためのシステムおよび方法を開示する。一実施形態では、電力が、時間変動する磁界または電界を用いて絶縁バリアを通って伝送され、すなわち誘導結合または容量結合を介して伝送される。
以下の明細書および添付の特許請求の範囲では、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに指示する場合を除き、複数の指示対象を含む。本明細書では、「デバイス」という用語は、その機能性が半導体材料内での光の量子力学的効果に基づく光電子半導体デバイスおよび／または複数の光電子半導体デバイスを指す。そのようなデバイスの非限定的な例には、発光ダイオードおよびフォトダイオードがある。
本発明の一実施形態は、封入型デバイスと非接触電力伝送システムとを含むシステムである。デバイスの少なくとも一部が、バリア封入材内に封入される。有利に封入することができるデバイスの非限定的な例には、有機発光デバイス、有機光起電力デバイス、薄膜無機光起電力デバイス、検出器アレイ、およびディスプレイがある。非接触電力伝送システムは、電力および／またはデータを、バリア封入材を介して封入型デバイスの中にまたは封入型デバイスの外に結合するように構成される。いくつかの実施形態では、デバイスが全体的に封入される。
非接触電力伝送システムの第１の部分を、封入材の内側に配設することができ、非接触電力伝送システムの第２の部分を、封入材の外側に配設することができ、第１の部分は第２の部分と配線で接触しておらず、第１の部分および第２の部分は、バリア封入材を介してエネルギーおよび／またはデータを伝送するように構成される。一実施形態では、第１の部分と第２の部分の間の距離が、数センチメートル以下程度である。
いくつかの実施形態では、非接触電力伝送システムが、バリア封入材を挟んで向かいに配設された少なくとも１対の変圧器コイルを含む誘導性電力伝送システムである。一例では、バリア封入材は、磁界に対して実質的に透過性である。一実施形態では、実質的に透過性とは、磁界に対して少なくとも１０％の透過性を指す。別の実施形態では、実質的に透過性とは、磁界に対して少なくとも５０％の透過性を指す。
一代替実施形態では、非接触電力伝送システムが、容量性電力伝送システムである。容量性電力伝送システムは、少なくとも１対の電力伝送コンデンサを含む。各コンデンサの極板（第１の極板および第２の極板）が、バリア封入材の両側に配設され、バリア封入材は、少なくとも１対のコンデンサの各コンデンサの第１の極板と第２の極板との間で誘電体スペーサとして働くように配置される。
図１は、本発明の一実施形態における、有機発光デバイス１２を含む非接触電力伝送システム１０を示す。システム１０は、バリア被覆１６付きの前面基板１４、およびバリア被覆２０付きの後面基板１８を含む。一実施形態では、バリア被覆１６および２０、ならびにそれぞれに対応する基板が、デバイスを封入するバリア封入材の一部を形成することができる。このシステムはさらに、絶縁要素２４および垂直相互接続２２を含む。従来型のシステムとは対照的に、電源からの電力リードをデバイス１２に直接接続してデバイスに給電する代わりに、図１のシステムは、電力を電源からデバイスに非接触に伝送するために、封入材の内側と外側にそれぞれ配設された一次コイル２６と二次コイル２５の２つの誘導コイルを含む。電力は、誘導コイル２５と２６の間のバリア封入材を介して磁気的に結合される。電圧がコイル２６の両端間に印加されると、その電圧が、封入材の向こう側でコイル２５内に電圧を誘起し、次いでその電圧を利用して、発光デバイス１２に給電することができる。一実施形態では、このデバイスが、それに限定されないが面照明（ａｒｅａ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）有機発光デバイスなどの大面積薄膜デバイスである。ある特定の実施形態では、有機発光デバイスを、原子、分子、またはイオンの非常に薄い連続層を堆積させる薄膜技術を使用して製造することができる。
図２は、本発明の一実施形態における、発光光電子半導体デバイス３４に給電するための電力伝送回路３２を示す。ＡＣ電源３６を使用して電力を一次コイル３８に供給し、一次コイル３８がその電力を電磁放射に変換し、その電磁放射が二次コイル４０によって電気信号に再度変換される。ＡＣ電力をＤＣ電力に変換して発光光電子半導体デバイスに給電するために、コンデンサ４２およびブリッジ整流回路４４が使用される。
図３の図示の実施形態では、図２に示したもののような誘導性電力伝送回路を集積した非接触被給電発光システム４６が示されている。システム４６は発光デバイス組立体４８を含み、発光デバイス組立体４８は、封入材６０内に配設され、かつ封入材６０の外側に存在するＤＣ電源５０によって給電される。一実施形態では、発光デバイス組立体は、有機発光デバイス組立体である。非限定的な一例では、ＡＣラインから給電される用途の場合に、ＤＣ電源をＡＣ商用電力によって給電される整流器とすることができる。図示の実施形態では、ＤＣ電力がまずインバータ５２に供給され、インバータ５２がＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。次いで、インバータの外のＡＣ電圧ＶＡＣ１が非接触リンク５４に印加される。非接触リンクは、コイルＬ１Ａ ５６およびＬ１Ｂ ５８を含んだ変圧器を含み、この場合、コイル５６は封入材６０の外側に配設され、コイル５８は封入材の内側にある。電圧ＶＡＣ１がコイルＬ１Ａ ５６に印加されると、電力がコイルＬ１Ｂ ５８に誘導的に伝送され、その結果、電圧ＶＡＣ２がコイルＬ１Ｂの両端間に発生する。一実施形態では、封入材６０が、２つのコイルを分離する絶縁バリアとしても働くが、封入材は磁界に対して実質的に透過性であり、したがって封入材を通って電力を伝送することができる。次いで、発光光電子半導体デバイスに必要なＤＣ電力を供給するために、コイル５８から出たＡＣ電力が、整流器６２を用いて整流される。インバータおよび整流器は、多種多様な既知の回路のいずれか１つから選択することができる。別の実施形態では、整流器が、発光デバイスへの電流の流れを平滑にするためのフィルタ要素を含んでよい。有利には、高周波インバータを使用すると、整流器出力に含まれるリプル電流による目に見えるフリッカをなくすのを助けることができる。
いくつかの実施形態では、インバータまたはＤＣ電源を、発光光電子半導体デバイスを通る電流、したがってそのデバイスの光出力を制御するように制御することができる。さらに、一般に使用される共振インバータ回路を、発光デバイスの電圧が大きく変化してもデバイス電流の変化が最小になるような電流源として機能するように構成することもできる。デバイス自体は、整流器または整流回路の一部として使用することができる。
電力伝送システム内のインダクタコイルは、同数の巻数または異なる数の巻数を有することができる。コイルが異なる巻数を有する場合、変圧器を昇圧電圧構成または降圧電圧構成として使用することができる。一実施形態では、変圧器を、コイルの少なくとも一方が調整可能な巻数制御を有する、調整可能な巻数比をもつ可変変圧器とすることができる。したがって、バリア封入材を介したエネルギー伝送も可変とすることができる。
図４は、本発明の一実施形態における、バリア封入材７０位置での磁気的に結合される電力伝送構成要素６４の断面を示す。図示の実施形態では、第１のコイル７２が封入材の外側６８に配設され、一方、第２のコイル７４が封入材の内側６６に配設される。磁気コア層７６および７８が、それぞれコイル７２および７４に隣接して配設される。導体８０および８２が、電力を電源からコイル７２にもたらし、導体８４および８６が、電力をコイル７４からデバイスの方に伝導する。
一実施形態では、１層または複数層の磁気コア層を、一次および／または二次インダクタコイルに隣接して配設することができる。図４の図示の実施形態では、電力伝送構成要素が磁性体層、すなわち磁気コア７６および７８を含む。これらの層は、１よりも大幅に大きな透磁率をもつ材料から形成することができる。そのような材料の例には、それらに限定されないが、鉄、コバルト、ニッケル、およびそれらの合金がある。磁気コア層が変圧器の結合係数を高めるのを助け、それにより、所与の周波数においてコアなしの場合よりも効率の良い動作が可能になることが期待される。いくつかの実施形態では、インダクタコイルの片側にある磁気コアを使用して、結合係数を高めることができる。他の実施形態では、コア層がインダクタコイルの両側にあってよく、少なくとも１桁の効率の増大をもたらすことが期待される。いくつかの実施形態では、磁気コアがコイル層間ではなくコイル層の外側にある。磁気コアはまた、有利には、コイルを取り囲む漂遊磁界を低減させ、したがって、電磁干渉（ＥＭＩ）の発生およびその感受性を低減させる。
一実施形態では、磁気コア層７６が分割層である。多くの磁性材料は導電性でもあるため、渦電流損がコア層内に発生することがある。この損失は、図４の図示の実施形態に見られるように、磁気コア層を区画に分割することによって低減させることができる。そのような径方向に分割されたコアは、一例では、円形平面巻線、例えばコア層と同心の円形螺旋状巻線と共に使用される。コア内の径方向のギャップは、磁気結合に対して最小限の影響しか及ぼさずに渦電流を低減させることが期待される。同じ原理が、コイルの他の形状の場合にも当てはまる。
例えば、電力が磁気コアなしの平面変圧器を介して、９０％を上回る結合効率の場合に６ＭＨｚの周波数にて２４Ｗ／ｃｍ２のレベルで伝送されるとする。６００ｋＨｚの周波数であれば、同等の効率では約０．２４Ｗ／ｃｍ２が可能になるはずである。コア損が低く維持される場合、磁気結合の片側に磁気コアを追加すると、周波数を１５〜３０％さらに低減しても同等の効率を得ることが可能になり得る。コア層を両側に追加すると、磁気コアなしで動作させる場合に比べて、５倍〜１０倍の効率の向上が得られることが期待される。
動作周波数が上がるにつれて、エネルギー伝送の効率も上がることが期待される。一実施形態では、高周波発生器が主電源によって給電され、高周波発生器からの高周波出力が、一次インダクタコイルの給電に使用される。
図４に示す実施形態に代わる諸実施形態では、容量結合を使用して封入型デバイスに給電することができる。結合コンデンサがそれぞれ、２つの導体層（極板）から形成され、一方の導体層がバリア封入材の内側に配設され、他方の導体層がバリアの外側にある。バリア封入材は、２つの極板間で誘電体として働く。本発明の一実施形態における容量結合回路８８が図５に示されている。発光デバイス９０が、ＡＣ電源９２によって非接触に給電される。電源９２は、結合コンデンサ９４および９６の外側極板に接続される。負荷（整流／調整回路付きまたはなしのデバイス９０）が、コンデンサの内側極板に接続される。ブリッジ整流回路９８を使用して、結合コンデンサ９６からのＡＣ電圧出力をＤＣ電圧に変換することができ、次いでそのＤＣ電圧がデバイス９０の両端間に印加される。
図６の図示の実施形態では、図５に示したもののような容量性電力伝送回路を集積した非接触被給電発光システム１００が示されている。システム１００は、発光デバイス組立体１１０、およびＤＣ電圧ＶＤＣ１をインバータ１１４に供給するＤＣ電源を含む。インバータ１１４から整流器１２４に電力を伝送するために、非接触リンク１１６が使用される。非接触リンクは、第１のコンデンサＣ１Ａ １１８および第２のコンデンサＣ１Ｂ １２０を含む。インバータのＡＣ電圧出力ＶＡＣ１が、コンデンサ１１８および１２０の封入材１２２の外側に配設されているコンデンサ極板に印加される。封入材の内側に配設されたコンデンサ極板から、整流器１２４への入力ＡＣ電圧ＶＡＣ２が供給される。整流器１２４は、ＡＣ電圧ＶＡＣ２を発光デバイス組立体１１０に印加される前にＤＣ電圧ＶＤＣ２に変換する。
図７は、コンデンサ１２６および１２７を含む、バリア封入材位置での容量結合電力伝送構成要素１２５の断面を示す。各コンデンサ１２６および１２７の導体板が、バリア封入材の両側に配置される。
非限定的な一例では、容量性非接触電力伝送について、５０マイクロメートル厚さのポリマーバリア封入材の場合、合計直列静電容量は１ｃｍ２当たり７．５ｐＦ〜１０ｐＦ程度（Ｃ１ＡとＣ１Ｂの直列結合）になると予想される。１００ｋＨｚの周波数であれば、バリアを介して約２００ＶＲＭＳの場合に約５０ｍＡの電流が流れることになる。容量性電力伝送では、所与の電力について必要な電流を、数を増やしたより小さなデバイスを直列に使用して低減させることが有利である。容量性エネルギー伝送は、絶縁バリアの厚さを低減させること、絶縁バリアの誘電率を上げること、または動作周波数を上げることによって向上させることができる。
動作周波数が上がるにつれて、エネルギー伝送の効率が上がる。容量性電力伝送では、所与の電流について、バリアを介した電圧が周波数に反比例して増大し、したがって、低周波数では電圧がバリアを破壊する恐れがある。したがって、容量性非接触電力伝送システムの一実施形態では、コンデンサに給電するために周波数発生器が使用される。非限定的な一例では、利用される周波数が、約５０ｋＨｚ〜約１ＭＨｚの範囲内である。
電力伝送システムの誘導性実施形態と容量性実施形態のどちらの場合にも、大面積の伝送要素を複数のより小面積の要素に置き換えることができる。したがって、複数の変圧器を使用して、封入材を介して電力を伝送することができる。あるいは、複数対のコンデンサを使用して、封入材を介して電力を伝送することもできる。こうすることにより、所与の合計エネルギー伝送についてピーク漂遊磁界強度を低減させることが可能になり、したがって電磁干渉（ＥＭＩ）の発生およびその電磁干渉の感受性を低減し得る。
図８は、非接触電力伝送システムで使用する全波整流回路１２８の図示の一例である。整流回路１２８は、デバイス１２９に給電するために使用され、オプションの阻止コンデンサ１３０、ブリッジ整流回路１３２、および容量性フィルタ１３４を含む。一実施形態では、容量性フィルタ１３４は、整流器出力のＡＣ成分（リプル電圧または電流）を低減させる働きをする。
図９は、半波整流回路１３８の図示の一例である。オプションの阻止コンデンサ１４２が、ダイオード１４４および容量性フィルタ１４６と共に使用される。阻止コンデンサがない場合、このダイオードが、発光光電子半導体デバイス組立体１４０に生じる逆電圧を最小限に抑えるという目的を、発光光電子半導体デバイスが逆バイアスされたときに導通することによってさらに果たすことができる。これは、ダイオード１４４に、発光デバイス組立体にかかる所望の最大逆電圧に満たない順方向降下電圧を有するものが選択された場合に起こり得る。
封入型非接触被給電システムの諸実施形態は、有機発光デバイスおよびディスプレイデバイスなどの照明デバイスを含む。一実施形態では、非接触被給電システムが、連続的な給電に適するように、例えば数時間連続した給電に適するように構成される。封入型非接触電力またはデータ伝送デバイスの他の例には、封入型検出器アレイがあり、そこからのデータを封入型検出器アレイの外側に非接触で伝送することができる。そのような検出器アレイの例には、ＣＣＤデバイスがある。一実施形態では、デバイスが封入型光電子プレーナ半導体デバイスである。別の実施形態では、プレーナ半導体デバイスを、丸めてある形状にすることのできる可撓性デバイスとすることができる。
一実施形態では、バリア封入材材料が、有機材料、無機材料、またはそれらの組合せを含んでよい。バリア封入材は、デバイスが、それらに限定されないが水蒸気や酸素などの有害物質にさらされるのを低減させる。バリア封入材材料の非限定的な例には、ガラス、ポリマー、金属、およびそれらの組合せがある。いくつかの例では、バリア封入材が金属箔の形をとることができる。いくつかの実施形態では、１種または複数種のバリア材料を含む多層封入材を使用することができる。一実施形態では、バリア封入材が、酸素および／または水蒸気がデバイス内に浸透するのを防ぐバリアとして働く。有機−無機バリア被覆の例が、米国特許第６７４６７８２号および米国特許第７０１５６４０号を含む多くの参考文献に記載されている。例えば、そのようなバリア封入材は、０．１ｇ／ｍ２／日未満の水蒸気透過率、および１ｇ／ｍ２／日未満の酸素透過率を可能にすることができる。
一実施形態では、非接触電力伝送システムが、非接触データ伝送システムである。非限定的な一例では、データを高周波搬送波にのせて絶縁バリアを介して搬送することができるように、変調器にデータを送出することができ、その場合、その信号が復調されて、更なる制御回路に送出される。この制御回路を使用して、１つまたは複数のデバイスを制御することができる。具体的には、この制御を使用して、ディスプレイ、例えばコンピュータモニタまたはビデオディスプレイを制御することができる。そのような手法を使用すると、大幅にそのようなディスプレイのコストを低減させかつ信頼性を高める可能性を伴って、現在使用されている数百、数千、またはそれよりも多数の導電性相互接続をなくすことができる。これは、例えば発光ディスプレイおよび液晶ディスプレイを含めて、個々のデバイス（または画素）を雰囲気または他の環境条件に対して封止する必要があり得るどんな光電子半導体デバイスシステムにも適用することができる。
一実施形態では、システムが電力とデータをどちらも伝送する。誘導結合または容量結合を使用して、電力に加えてデータを伝送することができる。例えば、インバータを変調器として使用し、インバータが電力とデータをどちらも伝送できるようにすることが可能である。さらに、変調データ信号を生成し、電力伝送波形と組み合わせて、同じ非接触リンクを介して送出することができる。あるいは、データ信号を、別の非接触リンクを介して伝送することもできる。
図１０は、一非接触データ伝送システム実施形態を示す。システム１４８が、伝送すべきデータ信号を受領する変調器１５０を含む。変調器は、搬送周波数信号を変調してデータを変調データ信号に符号化し、その変調データ信号が非接触リンク１５２に供給される。非接触リンク１５２は、バリア封入材１５８の外側に配設されたインダクタコイル１５４、およびバリア封入材の内側に配設されたインダクタコイル１５６を含む。インダクタコイル１５６が変調データ信号を受領し、その変調データ信号が、復調器１６０において復調されてデータ信号が抽出され、そのデータ信号が、デバイスを制御するように構成することのできる更なる制御回路１６２に転送される。
本発明の別の実施形態は、集積非接触被給電光電子半導体デバイスシステムを製作する方法である。この方法は、基板上に光電子半導体デバイスを設けるステップと、光電子半導体デバイスに動作可能に電気的に結合された第１の非接触電力伝送要素を設けるステップとを含む。光電子半導体デバイスは、当業者に既知の技法を使用して製作することができる。誘電体バリア封入材が、デバイスおよび第１の非接触電力伝送要素を取り囲んで配設される。電源に動作可能に電気的に結合された第２の非接触電力伝送要素をバリア封入材の外側かつ第１の非接触電力伝送要素の向かいに設けると、集積デバイスが形成される。一実施形態では、第１および第２の非接触電力伝送要素がインダクタ、例えば薄膜インダクタである。一代替実施形態では、非接触電力伝送要素が、薄膜コンデンサなどのコンデンサの極板である。薄膜コンデンサまたはインダクタは、当業者に既知のさまざまな方法によって製作することができる。本発明の別の代替実施形態は、非接触被給電光電子半導体デバイスシステムを製作する方法であり、この場合、電源に電気的に結合された第２の電力伝送要素がそれ自体の基板上に配設され、環境から電気的に絶縁される場合もあり、システムの固定部分となる。第１の電力伝送要素、光電子半導体デバイス、およびバリア封入材が、別の基板上に製作されて、システムの交換可能な構成要素となる。
本発明の上述の実施形態はどれも、封入型光電子半導体デバイス内への電力の非接触伝送法について教示しているが、本発明は、電力が封入型光電子半導体デバイスの中に伝送されるシステムに限定されない。電力が封入型光電子半導体デバイスの外に伝送される非接触電力伝送システムも、本発明の範囲内に含まれる。例えば、非接触電力伝送システムは、エネルギーがそこから外に伝送される封入型光起電力デバイスを含むことができる。
そのような１つの例が、図１１に示されている。非接触電力伝送システム１６４は、１つまたは複数の光起電力デバイスを含んだ光起電力組立体１６５を含む。ＤＣ組立体からのＤＣ出力ＶＤＣ１が、インバータ１６６によってＤＣからＡＣに変換される。ＡＣ電圧ＶＡＣ１が、非接触リンクの内側電力伝送構成要素を形成するインダクタコイルＬ１Ａ １６７に供給される。光起電力組立体１６５、インバータ１６６、およびコイルＬ１Ａ １６７は全て、バリア封入材１６８内に封入される。エネルギーが封入材を介してインダクタコイルＬ１Ｂ １６９に磁気的に伝送される。コイルＶＡＣ２のＡＣ電圧出力を送電網に供給することができ、またはＤＣに変換して貯蔵デバイスに貯蔵することができる。一実施形態では、光起電力デバイスが有機光起電力デバイスである。
非接触給電１７０の第１の実施例では、５００オームの負荷１７２に非接触モードで給電した。図１３に示すように、低周波数またはライン周波数のＡＣ電源１７４を使用して高周波発生器１７６に給電した。一次コイル１７８および二次コイル１８０を備えた螺旋巻変圧器を使用した。１ミルのＭｙｌａｒ（登録商標）層が、変圧器コイル間にバリアを形成した。容量性フィルタ１９３（Ｃ＝０．２２μＦ）をフルブリッジ整流器１８２（４×ＭＢＲ１１００ＲＬＧ）と共に使用して、二次コイルからの出力を整流し、ＤＣ入力を負荷１７２を介して供給した。一次側電流と二次側電流（一次コイルおよび二次コイル）をどちらも、Ｌｅｃｒｏｙ ＡＰ１０５電流プローブで測定した。一次コイルの電力を二次コイルの電力と比較するために、一次側電圧と二次側電圧をどちらもＬｅｃｒｏｙ ＰＰ００７プローブで測定した。周波数発生器の周波数出力を２５０ｋＨｚから１ＭＨｚまで変化させて、一次側電力出力および二次側電力出力を求めた。測定は、フェライトコアありおよびなしで実施した。フェライトコア層なしの結果が表１にまとめてある。フェライトコア層ありの結果が表２にまとめてある。
実施例１の非接触給電回路を使用して、図１２に示すように製作した封入型ＯＬＥＤ（有機発光デバイス）デバイスに給電した。このシステムは、底部ガラス基板１８８、およびガラススペーサ１９２によって分離された上部ガラス基板１９０によって封入されたＯＬＥＤを含んでいた。封入型ＯＬＥＤからの光が出てくる拡散器１９４を、底部基板１８８全体にわたって配設した。電源１９６が上部基板の外側に電気的に接続され、電力を一次コイル１９８に供給した。上部基板を介して二次コイル２００にエネルギーが伝送された。二次コイルからのＡＣ出力が整流回路２０２によってＤＣ出力に変換され、そのＤＣ出力を使用してＯＬＥＤ１８６を作動させた。
以上、本明細書では、本発明のいくつかの特徴だけを図示し説明してきたが、当業者には多くの修正形態および変更形態が想到されるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲が、本発明の真の趣旨に含まれる、かかる全ての修正形態および変更形態を網羅するものであることを理解されたい。
１０ 非接触電力伝送システム
１２ 有機発光デバイス
１４ 前面基板
１６ バリア被覆
１８ 後面基板
２０ バリア被覆
２２ 垂直相互接続
２４ 分離要素
２５ 二次コイル、誘導コイル
２６ 一次コイル、誘導コイル
３２ 電力伝送回路
３４ 発光光電子半導体デバイス
３６ ＡＣ電源
３８ 一次コイル
４０ 二次コイル
４２ コンデンサ
４４ ブリッジ整流回路
４６ 非接触被給電発光システム
４８ 発光デバイス組立体
５０ ＤＣ電源
５２ インバータ
５４ 非接触リンク
５６ コイルＬ１Ａ
５８ コイルＬ１Ｂ
６０ 封入材
６２ 整流器
６４ 電力伝送構成要素
６６ 内側
６８ 外側
７０ バリア封入材
７２ 第１のコイル
７４ 第２のコイル
７６ 磁気コア層
７８ 磁気コア層
８０ 導体
８２ 導体
８４ 導体
８６ 導体
８８ 容量結合回路
９０ 発光デバイス
９２ ＡＣ電源
９４ 結合コンデンサ
９６ 結合コンデンサ
９８ ブリッジ整流回路
１００ 非接触被給電発光システム
１１０ 発光デバイス組立体
１１４ インバータ
１１６ 非接触リンク
１１８ 第１のコンデンサＣ１Ａ
１２０ 第２のコンデンサＣ１Ｂ
１２２ 封入材
１２４ 整流器
１２５ 容量結合電力伝送構成要素
１２６ コンデンサ
１２７ コンデンサ
１２８ 全波整流回路
１２９ デバイス
１３０ 阻止コンデンサ
１３２ ブリッジ整流回路
１３４ 容量性フィルタ
１３８ 半波整流回路
１４０ 発光光電子半導体デバイス組立体
１４２ 阻止コンデンサ
１４４ ダイオード
１４６ 容量性フィルタ
１４８ システム
１５０ 変調器
１５２ 非接触リンク
１５４ インダクタコイル
１５６ インダクタコイル
１５８ バリア封入材
１６０ 復調器
１６２ 制御回路
１６４ 非接触電力伝送システム
１６５ 光起電力組立体
１６６ インバータ
１６７ インダクタコイルＬ１Ａ
１６８ バリア封入材
１６９ インダクタコイルＬ１Ｂ
１７０ 非接触給電
１７２ 負荷
１７４ ＡＣ電源
１７６ 高周波発生器
１７８ 一次コイル
１８０ 二次コイル
１８２ フルブリッジ整流器
１８６ ＯＬＥＤ
１８８ 底部ガラス基板
１９０ 上部ガラス基板
１９２ ガラススペーサ
１９３ 容量性フィルタ
１９４ 拡散器
１９６ 電源
１９８ 一次コイル
２００ 二次コイル
２０２ 整流回路
１２ 有機発光デバイス
１４ 前面基板
１６ バリア被覆
１８ 後面基板
２０ バリア被覆
２２ 垂直相互接続
２４ 分離要素
２５ 二次コイル、誘導コイル
２６ 一次コイル、誘導コイル
３２ 電力伝送回路
３４ 発光光電子半導体デバイス
３６ ＡＣ電源
３８ 一次コイル
４０ 二次コイル
４２ コンデンサ
４４ ブリッジ整流回路
４６ 非接触被給電発光システム
４８ 発光デバイス組立体
５０ ＤＣ電源
５２ インバータ
５４ 非接触リンク
５６ コイルＬ１Ａ
５８ コイルＬ１Ｂ
６０ 封入材
６２ 整流器
６４ 電力伝送構成要素
６６ 内側
６８ 外側
７０ バリア封入材
７２ 第１のコイル
７４ 第２のコイル
７６ 磁気コア層
７８ 磁気コア層
８０ 導体
８２ 導体
８４ 導体
８６ 導体
８８ 容量結合回路
９０ 発光デバイス
９２ ＡＣ電源
９４ 結合コンデンサ
９６ 結合コンデンサ
９８ ブリッジ整流回路
１００ 非接触被給電発光システム
１１０ 発光デバイス組立体
１１４ インバータ
１１６ 非接触リンク
１１８ 第１のコンデンサＣ１Ａ
１２０ 第２のコンデンサＣ１Ｂ
１２２ 封入材
１２４ 整流器
１２５ 容量結合電力伝送構成要素
１２６ コンデンサ
１２７ コンデンサ
１２８ 全波整流回路
１２９ デバイス
１３０ 阻止コンデンサ
１３２ ブリッジ整流回路
１３４ 容量性フィルタ
１３８ 半波整流回路
１４０ 発光光電子半導体デバイス組立体
１４２ 阻止コンデンサ
１４４ ダイオード
１４６ 容量性フィルタ
１４８ システム
１５０ 変調器
１５２ 非接触リンク
１５４ インダクタコイル
１５６ インダクタコイル
１５８ バリア封入材
１６０ 復調器
１６２ 制御回路
１６４ 非接触電力伝送システム
１６５ 光起電力組立体
１６６ インバータ
１６７ インダクタコイルＬ１Ａ
１６８ バリア封入材
１６９ インダクタコイルＬ１Ｂ
１７０ 非接触給電
１７２ 負荷
１７４ ＡＣ電源
１７６ 高周波発生器
１７８ 一次コイル
１８０ 二次コイル
１８２ フルブリッジ整流器
１８６ ＯＬＥＤ
１８８ 底部ガラス基板
１９０ 上部ガラス基板
１９２ ガラススペーサ
１９３ 容量性フィルタ
１９４ 拡散器
１９６ 電源
１９８ 一次コイル
２００ 二次コイル
２０２ 整流回路
Claims (37)
- 少なくとも一部がバリア封入材内に配設された封入型光電子半導体デバイスと、
前記バリア封入材を介して電力およびデータの少なくとも一方を伝送するように構成された非接触電力伝送システムと
を備えるシステム。 - 前記非接触電力伝送システムの第１の部分が、前記封入材の内側に配設され、前記非接触電力伝送システムの第２の部分が、前記封入材の外側に配設され、前記第１の部分が前記第２の部分と配線で接触しておらず、前記第１の部分および第２の部分が、前記バリア封入材を介してエネルギーを伝送するように構成された、請求項１記載のシステム。
- 前記非接触電力伝送システムが誘導性電力伝送システムである、請求項２記載のシステム。
- 前記バリア封入材が磁界に対して実質的に透過性である、請求項３記載のシステム。
- 前記誘導性電力伝送システムが、前記バリア封入材の外側に配設された少なくとも１つの第１のインダクタコイルと、前記封入材の内側に配設された少なくとも１つの第２のインダクタコイルとを含む少なくとも１つの変圧器を備え、前記少なくとも１つの第１のインダクタコイルおよび前記少なくとも１つの第２のインダクタコイルが、前記バリア封入材を介してエネルギーを伝送するように構成された、請求項３記載のシステム。
- 前記誘導性電力伝送システムが、少なくとも１つの第１または第２のインダクタコイルに隣接して少なくとも１層の磁性体層をさらに備える、請求項３記載のシステム。
- 少なくとも１つの第１または第２のインダクタコイルが、前記少なくとも１層の磁性体層と前記バリア封入材との間に配置される、請求項６記載のシステム。
- 前記少なくとも１層の磁性体層が分割層である、請求項６記載のシステム。
- 少なくとも１つの変圧器が昇圧変圧器または降圧変圧器である、請求項３記載のシステム。
- 少なくとも１つの変圧器が可変変圧器であり、前記バリア封入材を介した前記エネルギー伝送が可変である、請求項３記載のシステム。
- 前記誘導性電力伝送システムが、前記バリア封入材を介してエネルギーを伝送するように構成された複数の変圧器を備える、請求項３記載のシステム。
- 前記非接触電力伝送システムが容量性電力伝送システムである、請求項２記載のシステム。
- 前記容量性電力伝送システムが、少なくとも１対の電力伝送コンデンサを備え、前記少なくとも１対のコンデンサの各コンデンサが、第１の極板および第２の極板を含み、前記少なくとも１対のコンデンサのそれぞれの前記第１の極板が、前記バリア封入材の外側に配設され、前記少なくとも１対のコンデンサのそれぞれの前記第２の極板が、前記バリア封入材の外側に配設され、前記バリア封入材が、前記少なくとも１対のコンデンサの各コンデンサの前記第１の極板と前記第２の極板との間で誘電体スペーサとして働くように配置される、請求項１２記載のシステム。
- 複数の電力伝送用コンデンサを備える、請求項１２記載のシステム。
- ＤＣ電力を前記非接触電力伝送システムへのＡＣ電力入力に変換するためのインバータをさらに備える、請求項１記載のシステム。
- 高周波電力入力を前記非接触電力伝送システムに供給するための高周波発生器をさらに備える、請求項１記載のシステム。
- 前記非接触電力伝送システムからのＡＣ電力出力をＤＣ電力に変換するための整流器をさらに備える、請求項１記載のシステム。
- 前記整流器のＡＣ成分を低減させるように構成された少なくとも１つのフィルタコンデンサをさらに備える、請求項１７記載のシステム。
- ＤＣ阻止フィルタとして構成された少なくとも１つの阻止コンデンサをさらに備える、請求項１記載のシステム。
- 前記バリア封入材が、有機材料、無機材料、またはそれらの組合せを含む材料を備える、請求項１記載のシステム。
- 前記バリア封入材が、ガラス、金属、ポリマー、またはそれらの組合せを含む材料を備える、請求項１記載のシステム。
- 前記デバイスが光起電力デバイスであり、電力が前記封入材を介して前記デバイスの外に結合される、請求項１記載のシステム。
- 前記光電子半導体デバイスが照明デバイスであり、前記照明デバイスに給電するために電力が前記封入材を介して前記照明デバイスの中に結合される、請求項１記載のシステム。
- 前記照明デバイスが有機発光デバイスである、請求項２３記載のシステム。
- 前記有機発光デバイスが整流要素として機能する、請求項２４記載のシステム。
- 前記発光光電子半導体デバイスがディスプレイデバイスである、請求項２３記載のシステム。
- 前記デバイスが薄膜デバイスである、請求項１記載のシステム。
- 前記デバイスが検出器アレイである、請求項１記載のシステム。
- 前記バリア封入材が、酸素および水蒸気に対するバリアを備える、請求項１記載のシステム。
- 単一の非接触電力伝送リンクを介して電力およびデータを伝送するように構成された、請求項１記載のシステム。
- 別々の非接触電力伝送リンクを介して電力およびデータを伝送するように構成された、請求項１記載のシステム。
- データを伝送するために、前記非接触電力伝送システムへの入力電力を変調することによってデータを符号化するための変調器と、
伝送されたデータを、前記非接触電力伝送システムからの出力電力を復調することによって復号するための復調器と
をさらに備える、請求項１記載のシステム。 - 少なくとも一部がバリア封入材内に配設された封入型プレーナ光電子半導体デバイスと、
前記バリア封入材を介して電力およびデータの少なくとも一方を伝送するように構成された非接触電力伝送システムと
を備えるシステム。 - 集積非接触電力伝送光電子半導体デバイスシステムを製作する方法であって、
基板上に光電子半導体デバイスを設けること、
前記光電子半導体デバイスに動作可能に電気的に結合された第１の非接触電力伝送要素を設けること、
前記光電子半導体デバイスおよび前記第１の非接触電力伝送要素を取り囲んで、誘電体バリア封入材を設けること、ならびに
電源に動作可能に電気的に結合された第２の非接触電力伝送要素を、前記バリア封入材の外側かつ前記第１の非接触電力伝送要素の向かいに設けて、集積デバイスを形成すること
を含む方法。 - 前記第１および第２の非接触電力伝送要素が薄膜インダクタである、請求項３４記載の方法。
- 前記第１および第２の非接触電力伝送要素が薄膜コンデンサの極板である、請求項３４記載の方法。
- 非接触電力伝送光電子半導体デバイスシステムを製作する方法であって、
光電子半導体デバイスと共に集積され、かつバリア封入材の内側に配設された、第１の非接触電力伝送要素を設けること、および
基板上に配設され、前記バリア封入材の外側に配置され、かつ光電子半導体デバイスから離れて配設された、第２の非接触電力伝送要素を設けること
を含む方法。
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