JP6220981B2 - 短絡検出回路を有するエレクトロルミネセンス装置 - Google Patents

Description

本発明は、容量を持つ発光素子、発光素子に駆動電流を供給するための切替可能な電流源及び発光素子中の短絡を検出するための短絡検出回路を有するエレクトロルミネセンス装置に関する。さらに、本発明は、発光素子中の短絡を検出するための、対応する短絡検出方法に関する。

発光ダイオード(LED)及び有機発光ダイオード(OLED)、特に、大面積LED/OLEDは、製造の間に不完全なクリーニング及び処理が起きると、LED/OLED基板および/または層を汚染する小さい粒子に起因して短絡を起こしやすい。実際、全ての欠陥が最終的な製造品質管理において検出されることができるというわけではないので、動作の間の小さい短絡の発生は、常に回避されることがでるというわけではない。

例えばOLEDの光放射領域におけるそのような短絡の検出は、それらが欠陥の場所での温度の重大な上昇を生じる場合があるので(「ホットスポット」効果として知られる)、重要である。これは、(通常の動作の間には光放射領域全体に実質的に均等に分配される)電力分布が、短絡が起きると、非常に小さい領域に集中する場合があることに起因する。ホットスポットの局所的な温度は摂氏100度をかなり上回る値に容易に達する可能性があり、それはOLEDに損傷を与える可能性が有り、および/または、人にとって危険でさえありえる。

短絡検出のための従来の技術方法は、短絡の存在のためのインジケータとしてLED/OLED電圧をモニタリングすることに基づく。例えば、LED/OLED順方向電圧が、名目上の一定の駆動電流として事前に決められた電圧閾値未満に低下した場合、LED/OLEDは、欠陥があると考えられるだろう。この検出は、環境温度と同様に、製造許容範囲(それぞれのLED/OLED「ビニング」)及び結果として生じる対応するLED/OLED(順方向)電圧変異に関してかなり影響される特性絶対電圧閾値に依存する。

US2008/0231198は、LEDを通る電流を制御するための回路を開示する。回路は、LEDに電流を供給するためのレギュレータ、LEDの電圧降下をモニタリングして、電圧降下に基づく電圧読み取り信号を提供するための電圧モニタリング回路、及び、レギュレータ及び電圧モニタリング回路に接続されるデータ変換論理回路を含む。データ変換論理回路は、電圧の急落に基づいてLEDの短絡を検出するように動作可能なだけでなく、前記信号に基づいて電流を調節するようにレギュレータを制御するために配置される。

本発明の目的は、エレクトロルミネセンス装置を提供することであり、当該エレクトロルミネセンス装置は、容量を持つ発光素子、発光素子に駆動電流を供給するための切替可能な電流源、及び、発光素子中の短絡を検出するための短絡検出回路を有し、短絡検出は、製造許容範囲などに対して影響を受けにくい。本発明の他の目的は、発光素子中の短絡を検出するための、対応する短絡検出回路及び対応する短絡検出方法を提供することである。

本発明の第１の態様では、エレクトロルミネセンス装置が示されて、当該エレクトロルミネセンス装置は、
- 容量を持つ発光素子、
- 発光素子に駆動電流を供給するための、発光素子に接続された切替可能な電流源、及び
- 発光素子中の短絡を検出すためのる短絡検出回路、
を有し、短絡検出回路は、
- トリガーされると、発光素子を通した電圧を測定するためのトリガー可能な電圧測定ユニット、
- 駆動電流が発光素子に供給されない期間の後に発光素子を通した電圧を測定するためにトリガー可能な電圧測定ユニットをトリガーするためのトリガリング・ユニット、
- 発光素子を通した測定された電圧に基づいて発光素子中の短絡を検出するための短絡検出ユニット、
を有する。

本発明は、容量もつ欠陥のない発光素子では、発光素子を通した電圧は、接続されている電流源がオフにされた後で、すなわち、発光素子がもはや駆動電流を供給されなくなった後で、非常にゆっくりとのみ、その順方向電圧から低下するという、本発明の発明者の洞察に基づく。これは容量に起因し、この容量は発光素子の通常の動作の間に充電され、駆動電流がオフにされると、リーク効果によって非常にゆっくりとのみ放電される。対照的に、発光素子の挙動は、その中に短絡が発生した場合には、非常に異なる。一旦、接続されている電流源がオフにされると、容量が短絡の存在に起因して急速に放電されるので、発光素子を通した電圧は0Vへと非常に高速に低下する。短絡検出回路が、トリガーされると発光素子を通した電圧を測定するためのトリガー可能電圧測定ユニット、及び、駆動電流が発光素子に供給されない期間の後に発光素子を通した電圧を測定するようにトリガー可能電圧測定ユニットをトリガーするためのトリガリング・ユニットを含むので、非常に異なる時定数を伴う、欠陥のない発光素子と欠陥がある発光素子との間の放電挙動におけるこの差異は、発光素子中の短絡を検出するために用いられることができる。これは、検出が、環境温度と同様に製造許容範囲（ビニング）に関してかなり影響されやすい特性絶対電圧閾値から独立しているという利点を有する。さらに、それは、より容易にパルス幅変調(PWM)調光及び振幅変調(AM)調光と組み合わせられることができる。

当業者によって理解されるように、「短絡」という用語は発光素子が特定の位置で異常に低いインピーダンスを有する状態を意味する。そのような短絡は、例えば、基板の汚染によって引き起こされる欠陥ならびに/またはクリーニングおよび処理が不完全な製造から生じた発光素子の層に起因して、動作の間に発生する場合がある。OLEDでは、短絡は、欠陥の位置における温度の重大な増加(ホットスポット」効果として知られる)につながる可能性が有る。今日、自動車のようなさまざまなアプリケーションに使用されているLEDでは、例えば、自動車バックライトの個々のLEDのステータスをモニタリングして、短絡の場合には、欠陥を指摘することが望ましい。

発光素子は有機発光ダイオード(OLED)を含み、容量はOLEDの内部容量を含むか、または、発光素子は発光ダイオード(LED)を含み、容量はLEDに並列に接続されている外部容量を含むことが好ましい。もちろん、更なる外部容量がOLEDに追加されることが可能である。この場合には、容量は、OLEDの内部容量及びOLEDに追加される外部容量の組み合わせによって実現されることができる。そのうえ、典型的なLEDは、容量を実現するために接続されている外部容量に追加する小さい内部容量を少なくとも有する。

さらに、前記期間は、発光素子中に短絡が存在しない場合に駆動電流が発光素子に供給されないときに容量が放電されるために要する放電時間より短いことが好ましい。

その間駆動電流が発光素子に供給されない期間であって、その後に、上記の態様で、トリガリング・ユニットによってトリガーされると電圧測定ユニットによって発光素子を通した電圧が測定される期間を選択することによって、欠陥のない発光素子と欠陥がある発光素子との間の放電挙動におけるこの差異(参照上記)は、短絡検出のために、確実に実現されることができる。

欠陥のない発光素子に含まれる容量の放電時間は、発光素子の端子間の実効容量Cd(追加される場合がある任意の更なる外部容量を含む)と(一定の)駆動電流IdにおけるIV曲線(図1参照)の勾配に対応するその等価動作抵抗Rdとの積及びである時定数τ1として大体決定されることができる:τ1 = Cd・Rd。対照的に、発光素子中に短絡が発生した場合、時定数τ1は、τ2 = Cd・Rshとして大体決定されることができる時定数τ2に変化する。ここで、Rshは、短絡の場合の発光素子の等価動作抵抗である。(時定数τ2を決定するためのより複雑なモデルでは、短絡の場合には、発光素子の実効容量Cdが、ある程度変化する場合があるという事実も考慮されることができる)。短絡による放電時間を決定するこの後者の時定数τ2は、常に時定数τ1より小さい。前記期間は、したがって、τ1(参照上記)より小さく、τ2より大きいように、適切に選択されることができ、その場合、短絡検出ユニットは、発光素子を通した測定された電圧が0Vまたはほぼ0Vである場合に発光素子中の短絡を検出するように適応されることができる。もちろん、前記期間の間の発光素子を通した電圧の低下が、確実に検出されるほどに十分大きく、特に、製造許容範囲、環境温度の変化などの結果である電圧変化から区別される限り、前記期間は、時定数τ2に等しいか、あるいは、時定数τ2より小さいように選択されることができる。例えば、前記期間は、欠陥のある発光素子に対して、電圧が、当該期間の間に、所与の駆動電流において通常生じる電圧の半分または1/3に低下するように、選択されることができる。

トリガリング・ユニットが、切替可能な電流源に接続され、前記期間の間、切替可能な電流源をオフに切り替えるように適応されることがさらに好ましい。

それによって、切替可能な電流源と電圧測定ユニットの両方の完全な制御が、トリガリング・ユニットによって可能である。これは、電圧測定ユニットによる発光素子を通した電圧の測定と、切替可能な電流源による発光素子への駆動電流の供給とを、容易に同期させることを可能にする。

トリガリング・ユニットが、トリガー可能な電圧測定ユニットを周期的にトリガーするように適応されていることが好ましい。

こうすることによって、エレクトロルミネセンス装置は、発光素子中の短絡の存在について、繰り返し確認されることができる。これは、エレクトロルミネセンス装置の動作の間のある時点でのみ発生する発光素子中の短絡を安全に検出するために役に立つ。

切替可能な電流源がパルス幅変調信号によってオンに切り替えられているパルス幅変調時間間隔の範囲に前記期間が入るように、トリガリング・ユニットは、切替可能な電流源のオンとオフを切り替えるためのパルス幅変調信号と同期されるように適応されることが、さらに好ましい。

これは、PWM調光と容易に組み合わせられる短絡検出を可能にする。トリガリング・ユニットが、エレクトロルミネセンス装置をオンにするおよび/またはオフにするプロセスの間にトリガー可能な電圧測定ユニットをトリガーするように適応されることも好ましい。

それによって、エレクトロルミネセンス装置は、エレクトロルミネセンス装置の動作の開始および/または終了の時点で、発光ダイオード中の短絡の存在について確認されることができる。

電圧測定ユニットがサンプルホールド素子であることが好ましい。

これは、短絡検出ユニットが、発光素子を通した測定された電圧に基づいて、発光素子中の短絡を検出するために、発光素子を通した測定された電圧を保持することを可能にする。

エレクトロルミネセンス装置が、容量を持つ更なる発光素子を有し、更なる発光素子は、発光素子と直列に接続され、切替可能な電流源は、発光素子及び更なる発光素子の直列接続に駆動電流を供給するように適応され、短絡検出回路は、トリガーされると、更なる発光素子を通した電圧を測定するための更なるトリガー可能な電圧測定ユニットを更に備え、トリガリング・ユニットは、駆動電流が更なる発光素子に供給されない期間の後、更なる発光素子を通した電圧を測定するために更なるトリガー可能な電圧測定ユニットをトリガーするように適応され、短絡検出ユニットは、更なる発光素子を通した測定された電圧に基づいて更なる発光素子中の短絡を検出するように適応されていることが好ましい。

この構成によって、発光素子の「ストリング」中の、すなわち、発光素子が直列に接続されている配置における、短絡を有する発光素子を一意的に特定することが可能である。ここで、更なる発光素子は有機発光ダイオード(OLED)であることができ、または、更なる発光素子は発光ダイオード(LED)を有することができ、容量はLEDに並列に接続される。

エレクトロルミネセンス装置が、容量を持つ更なる発光素子を更に有し、更なる発光素子は、発光素子に並列に接続され、切替可能な電流源は、発光素子及び更なる発光素子の並列接続に駆動電流を供給するように適応され、短絡検出回路は、トリガーされると、更なる発光素子を通した電圧を測定するための更なるトリガー可能な電圧測定ユニットを更に備え、トリガリング・ユニットは、更なる発光素子に駆動電流が供給されない期間の後、更なる発光素子を通した電圧を測定するために更なるトリガー可能な電圧測定ユニットをトリガーするように適応され、短絡検出ユニットは、更なる発光素子を通した測定された電圧に基づいて、更なる発光素子中の短絡を検出するように適応されることも好ましい。

この構成によって、発光素子が並列に接続される配置において、短絡を有する発光素子を一意的に特定することが可能である。ここで、更なる発光素子は有機発光ダイオード(OLED)であることができ、または、更なる発光素子は発光ダイオード(LED)を有することができ、容量はLEDに並列に接続される。

上記の直列及び並列の構成を組み合わせることによって、2x2アレイ配置において短絡を有する発光素子を一意的に特定することが可能であるエレクトロルミネセンス装置が実現されることができる。そのうえ、このコンセプトは、2つより多い発光素子が直列に接続される配置、及び/又は、2つより多い発光素子が並列に接続される配置に拡張されることができる。例えば、このコンセプトは、4x4アレイ配置にて16個の発光素子を有するエレクトロルミネセンス装置において用いられることができる。

上記の並列の構成に関して、エレクトロルミネセンス装置が、切替可能な電流源と発光素子との間に直列に接続されているデカップリング素子、及び、切替可能な電流源と更なる発光素子との間に直列に接続されている更なるデカップリング素子を更に備えることが好ましい。

デカップリング素子によって、発光素子のキャパシタの放電は、欠陥のないエレクトロルミネセンス装置において防止されることができ、「誤警報」、すなわち、短絡のない発光素子中に誤って短絡が検出されるケースをより適切に回避することができる、より堅牢な短絡検出をもたらす。

デカップリング素子および/または更なるデカップリング素子はダイオードであることが更に好ましい。別の態様では、デカップリング素子および/または更なるデカップリング素子は、スイッチング素子、例えば、ダイオードに相当する機能を実行するように制御されるMOSFETであることができる。もちろん、ダイオードとスイッチング素子との組み合わせが利用されることができる。

エレクトロルミネセンス装置が、容量を持つ更なる発光素子を更に有し、更なる発光素子が、発光素子に並列に接続され、更なる切替可能な電流源が、更なる発光素子に駆動電流を供給するための更なる発光素子に接続され、短絡検出回路は、トリガーされると、更なる発光素子を通した電圧を測定するための更なるトリガー可能な電圧測定ユニットを更に有し、トリガリング・ユニットは、更なる発光素子に駆動電流が供給されない期間の後、更なる発光素子を通した電圧を測定するために更なるトリガー可能な電圧測定ユニットをトリガーするように適応され、短絡検出ユニットは、更なる発光素子を通した測定された電圧に基づいて更なる発光素子中の短絡を検出するように適応され、短絡検出回路は、発光素子中に短絡が検出される場合に、エレクトロルミネセンス装置をオフにするための短絡保護ユニットをさらに有することが好ましい。

発光素子中に短絡が検出される場合に、エレクトロルミネセンス装置をオフにすることによって、例えば、OLEDでは、摂氏100度を優に上回る値に容易に達する可能性がある、短絡の位置における高い局所的な温度に起因する(すなわち、ホットスポット効果に起因する)危険を人に与えるリスクが、低減されることができる。短絡保護ユニットは、切替可能な電流源に接続されることができ、短絡が発光素子中に検出される場合に、切替可能な電流源をオフにするように適応されることができる。

本発明の第２の態様において、容量を持つ発光素子中の短絡を検出するための短絡検出方法が示されて、当該短絡検出方法は、発光素子及び発光素子に駆動電流を供給するために発光素子に接続されている切替可能な電流源を有するエレクトロルミネセンス装置において用いられるように適応され、当該短絡検出方法は、
- トリガリング・ユニットにより、駆動電流が発光素子に供給されない期間の後、発光素子を通した電圧を測定するためにトリガー可能な電圧測定ユニットをトリガーし、
- トリガーされると、トリガー可能な電圧測定ユニットにより、発光素子を通した電圧を測定し、
- 短絡検出ユニットにより、発光素子を通した測定された電圧に基づいて発光素子中の短絡を検出する。

第１の態様のエレクトロルミネセンス装置及び第２の態様の短絡検出方法は、特に、従属請求項中に定められるように、同様のおよび/または同一の好ましい実施の形態を有することが理解される。

本発明の好ましい実施の形態は、従属請求項または上記実施例とそれぞれの独立請求項との任意の組み合わせであることもできることが理解される。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に記載される実施の形態から明らかであり、それらを参照して説明される。

短絡がある場合とない場合の駆動電流とOLEDの順方向電圧との間の関係を概略的に例として示す図。 短絡がある場合とない場合のOLEDの等価回路を概略的に例として示す図。 短絡がある場合とない場合の、駆動電流が短い期間オフに切り替えられたときの図1のOLEDの放電挙動の詳細を概略的に例として示す図。 エレクトロルミネセンス装置の第１の実施の形態を概略的に例として示す図。 図4の短絡検出回路の時間的挙動の詳細を概略的に例として示す図。 エレクトロルミネセンス装置の第２の実施の形態を概略的に例として示す図。 図6の短絡検出回路の時間的挙動の詳細を概略的に例として示す図。 エレクトロルミネセンス装置の第３の実施の形態を概略的に例として示す図。 発光素子中の短絡を検出するための短絡検出方法の実施の形態を一例として説明するフローチャート。

図面において、同様の又は対応する参照符号は、同様のまたは対応する部分および/または素子を指す。

図1は、短絡がある場合とない場合における、駆動電流(縦軸)とOLEDを通した電圧(横軸)との間の関係(IV-曲線)を概略的に例として示す。曲線L1から理解されることができるように、短絡がない場合、OLEDは、この例では、8.5Vの順方向電圧を有する、典型的な非常に非線形の特性を呈する。対照的に、短絡がある場合、OLEDの挙動は、曲線L2によって示されるように、だいたい線形である。OLEDが例えば300mAの駆動電流を供給される場合、OLEDは、短絡なしでは9Vの電圧で動作し(動作点OP1)、一方、欠陥のあるOLEDでは、電圧は、同じ駆動電流に対して2Vに落ちる(運転点OP2)。OLEDが、より高い駆動電流（例えば1.6A）を供給される場合、OLEDは、短絡なしでは9.5Vの電圧で動作し(動作点OP3)、一方、欠陥のあるOLEDでは、電圧は、同じ駆動電流に対して約7.8Vに落ちる(動作点OP4)。これは、例えば、OLED電圧が事前に決められた電圧閾値を下回って低下した場合にOLEDに欠陥があるとみなす、短絡検出のための従来技術の方法は、製造許容範囲などにかなり影響されやすい特性絶対電圧閾値に左右されることを示す。

上記の放電挙動は、図2に概略的に例として示される、短絡がある場合とない場合のOLEDの等価回路を考慮することによって理解されることができる。短絡のない状況(図の左側)では、抵抗10は、特に大面積OLEDで発生する場合がある横方向の損失をモデル化し、容量11は、OLEDの内部容量を表し、ダイオード12は、OLEDの発光領域の非線形挙動をモデル化する。同じ要素、抵抗13、容量14及びダイオード15が、短絡がある状況(図の右側)において存在するが、短絡に起因して、更なる抵抗16が、OLEDの内部容量15に並列に現れる。短絡の存在下での内部容量15の急速放電の原因となるのはこの更なる抵抗16である。

図3は、ここでは300mAの駆動電流(図の上のグラフ中の曲線L3)が、ここでは0.2msの短い期間の間オフに切り替えられたときの、短絡がある場合とない場合の、図1のOLEDの放電挙動の詳細を概略的に例として示す。図の下のグラフ中の曲線L4から分かるように、短絡のない状況では、OLEDを通した電圧は、駆動電流がオフに切り替えられる0.2msの期間の間に9Vから約8.5Vへ低下する。対照的に、短絡がある状況(図の下のグラフ中の曲線L5)では、OLEDを通した電圧は、300mAの駆動電流がOLEDに供給されるときに2.3Vであり、駆動電流がオフに切り替えられる0.2msの期間の間にほぼ即座に(ほぼ)0Vに落ちる。すでに上記で言及されたように、非常に異なる時定数が影響する、欠陥のないOLEDと欠陥のあるOLED(「発光素子」)の放電挙動におけるこの差異は、OLED中の短絡を検出するために用いられることができる。

図4は、エレクトロルミネセンス装置20の第１の実施の形態を概略的に例として示す。エレクトロルミネセンス装置20は、ここでは内部容量（図示せず）からなる容量を持つ発光素子21（ここではOLED）、OLED 21に駆動電流に供給するためにOLED 21に接続されている切替可能な電流源22、及び、OLED 21中の短絡を検出するための短絡検出回路23を有する。

短絡検出回路23は、トリガーされるとOLED 21を通した電圧測定するための、ここではサンプルホールド素子である、トリガー可能な電圧測定ユニット24、駆動電流がOLED 21に供給されない期間Δtの後、OLED 21を通した電圧を測定するためにサンプルホールド素子24をトリガーするためのトリガリング・ユニット25、及び、OLED 21を通した測定された電圧に基づいてOLED 21中の短絡を検出するための短絡検出ユニット26を有する。この例では、トリガリング・ユニット25は、切替可能な電流源22に接続されて、期間Δtの間、切替可能な電流源22をオフに切り替えるように適応される。さらに、短絡検出回路23は、この実施の形態において、OLED 21中に短絡が検出された場合に、エレクトロルミネセンス装置20をオフにするための短絡保護ユニット27を更に有する。短絡保護ユニット27は、この場合には、切替可能な電流源22に接続されて、OLED 21中に短絡が検出された場合に、切替可能な電流源22をオフにするように適応される。

短絡検出回路23による短絡検出は、図4の短絡検出回路23の時間的挙動の詳細を概略的に例として示す図5を参照して以下で説明される。図の一番下のグラフ中の曲線L6から分かるように、大部分の時間の間、切替可能な電流源22は、OLED 21に、ここでは300mAの駆動電流を供給する。しかしながら、周期的に、切替可能な電流源22は、それぞれの期間Δtの間、トリガリング・ユニット25によってオフに切り替えられる。期間Δtの長さは、この例では、10μsである。図の上から2番目のグラフの曲線L7からさらに分かるように、切替可能な電流源22の周期的なスイッチング・オフと同期して、トリガリング・ユニット25は、ここでは、周期的に1Vから0Vに設定される電圧信号(曲線L7)をサンプルホールド素子24に供給することによって、それぞれの10μsの期間Δtの後でOLED 21を通した電圧を測定するために、周期的にサンプルホールド素子24をトリガーする。そして、OLED 21を横切るこの電圧の時間的挙動は、図の下から2番目のグラフ中の曲線L8によって与えられる。すでに上記で説明されたように、OLED 21が300mAの駆動電流を供給される場合、短絡なしではOLED 21は9Vの電圧で動作し、OLED電圧は、駆動電流がオフに切り替えられる各々の10μsの期間Δtの間、9Vから約8.5Vまで降下する(曲線L8の左部分)。約6.5msにおいて、前のトリガー「イベント」の直後に、短絡がOLED 21中に発生する。この短絡に起因して、OLED 21を通した電圧は、駆動電流がOLED 21に供給されているときに、約2.3Vまで降下し、駆動電流がオフに切り替えられる10μsの期間Δtの間に(ほぼ)0Vへとほとんど即座に降下する(曲線L8の右部分)。ここで、OLED 21を通した測定された電圧は、すなわち、それぞれの10μsの期間Δtの後にサンプルホールド素子24によって測定された電圧は、図の一番上のグラフ中の曲線L9によって与えられる。以上のように、この電圧は、約6.5msにおける短絡の発生前には8.5Vである。というのも、この電圧が、短絡のない状況において、OLED 21を通した電圧がそれぞれの10μsの期間Δtの間に降下する値であるからである。対照的に、約6.5msにおける短絡の発生後の最初の10μsの期間Δtから、OLED 21を通した測定された電圧は、(ほぼ)0Vである。というのも、この電圧が、短絡がある状況において、OLED 21を通した電圧がそれぞれの10μsの期間Δtの間に降下する値であるからである。OLED 21を横切るそれぞれの測定される電圧は、OLED 21を通した電圧が次の10μsの期間Δtの後に新たに測定されるまで、この例では、サンプルホールド素子24によって保持される。

再度図4を参照して、この例では、短絡検出ユニット26は、OLED 21を通した測定された電圧が(ほぼ)0Vである場合に、OLED 21中に短絡を検出するように適応される。

図6は、エレクトロルミネセンス装置30の第２の実施の形態を概略的に例として示す。エレクトロルミネセンス装置30は、ここでは(図に示されない)内部容量からなる容量持つここではOLEDである発光素子31、OLED 31に駆動電流を供給するためのOLED 31に接続されている切替可能な電流源32、及び、OLED 31中の短絡を検出するための短絡検出回路33を含む。

短絡検出回路33は、トリガーされるとOLED 31を通した電圧を測定するための、ここではサンプルホールド素子であるトリガー可能な電圧測定ユニット34、駆動電流がOLED 31に供給されない期間Δtの後にOLED 31を通した電圧を測定するためにサンプルホールド素子34をトリガーするためのトリガリング・ユニット35、及び、OLED 31を通した測定された電圧に基づいてOLED 31中の短絡を検出するための短絡検出ユニット36を含む。この例では、トリガリング・ユニット35は、切替可能な電流源32に接続されて、期間Δtの間、切替可能な電流源32をオフ切り替えるように適応されている。さらに、短絡検出回路33は、この実施の形態において、短絡がOLED 31中に検出される場合に、エレクトロルミネセンス装置30をオフにするための短絡保護ユニット37を更に備える。短絡保護ユニット37は、この場合には、切替可能な電流源32に接続されて、短絡がOLED 31中に検出される場合、切替可能な電流源32をオフにするように適応されている。

ここで、エレクトロルミネセンス装置30は、ここでは(図に示されない)内部容量からなる容量を持つ、ここでは更なるOLEDである更なる発光素子38を更に備え、更なるOLED 38は、OLED 31と直列に接続され、切替可能な電流源32は、OLED 31及び更なるOLED 38の直列接続に駆動電流を供給するように適応されている。短絡検出回路33は、トリガーされると、更なるOLED 38を通した電圧を測定するための、ここでは更なるサンプルホールド素子である更なるトリガー可能な電圧測定ユニット39を更に備え、トリガリング・ユニット35は、駆動電流が更なるOLED 38に供給されない期間Δtの後に更なるOLED 38を通した電圧を測定するために更なるサンプルホールド素子39をトリガーするように適応され、短絡検出ユニット36は、更なるOLED 38を通した測定された電圧に基づいて更なるOLED 38中の短絡を検出するように適応される。

ここで、エレクトロルミネセンス装置30は、ここでは(図に示されない)内部容量からなる容量を持つ、ここでは更なるOLEDである更なる発光素子40を更に備え、更なるOLED 40は、OLED 31に並列に接続され、切替可能な電流源32は、OLED 31及び更なるOLED 40の並列接続に駆動電流を供給するように適応される。短絡検出回路33は、トリガーされると、更なるOLED 40を通した電圧を測定するための、ここでは更なるサンプルホールド素子である更なるトリガー可能な電圧測定ユニット41を更に備え、トリガリング・ユニット35は、駆動電流が更なるOLED 40に供給されない期間Δtの後に更なるOLED 40を通した電圧を測定するために更なるサンプルホールド素子41をトリガーするように適応され、短絡検出ユニット36は、更なるOLED 40を通した測定された電圧に基づいて更なるOLED 40中の短絡を検出するように適応される。

図6から分かるように、この実施の形態において、エレクトロルミネセンス装置30は、切替可能な電流源32と発光素子31との間に直列に接続される、ここではダイオードであるデカップリング素子44と、切替可能な電流源32と更なる発光素子40との間に直列に接続される、ここでは更なるダイオードである更なるデカップリング素子45とを更に備える。そのうえ、エレクトロルミネセンス装置30はさらに、他のOLED 31, 38, 40とともに2x2アレイで配置される更なるOLED 42を更に備え、短絡検出回路33は、さらに更なるサンプルホールド素子43を含む。この構成によって、2x2アレイ配置中で、短絡を有するOLED 31, 38, 40, 42を一意的に特定することが可能である。

短絡検出回路33による短絡検出は、図6の短絡検出回路33の時間的挙動の詳細を概略的に例として示す図7を参照して以下に説明される。図の一番下のグラフ中の曲線L10及びL11から分かるように、大部分の時間の間、切替可能な電流源32は、短絡なしで、OLED 31, 38及び40, 42の2つのストリングに実質的に均等に分配される合計600mAの駆動電流を、OLED 31, 38, 40, 42に供給する。しかしながら、周期的に、切替可能な電流源32は、それぞれの期間Δtの間、トリガリング・ユニット35によってオフに切り替えられる。期間Δtの長さは、この例では、10μsである。図の上から5番目のグラフ中の曲線L12からさらに分かるように、切替可能な電流源32の周期的なスイッチング・オフと同期して、トリガリング・ユニット35は、それぞれの10μsの期間Δtの後にOLED 31, 38, 40, 42を通した電圧を測定するために、ここでは、サンプルホールド素子34, 39, 41, 43に、周期的に1Vから0Vに設定される電圧信号(曲線L12)を供給することによって、サンプルホールド素子34, 39, 41, 43を周期的にトリガーする。そして、OLED31, 38, 40, 42を通したこれらの電圧の時間的挙動は、図の下から2番目から5番目のグラフ中の曲線L13, L14, L15, L16によって与えられる。すでに上記で説明されたように、OLED 31, 38, 40, 42に300mAの駆動電流が供給される場合、OLED 31, 38, 40, 42は、短絡なしでは、9Vの電圧で動作する(曲線L13, L14, L15, L16の左端部分)。約0.2msにおいて、2つのトリガー「イベント」間に、OLED 31中に短絡が発生する。短絡に起因して、OLED 31を通した電圧は、駆動電流がOLED 31に供給されているとき、約5Vまで降下し、駆動電流がオフに切り替えられている10μsの期間Δtの間に(ほぼ)0Vへ実質的に即座に降下する(曲線L13の左部分)。OLED 31中の短絡は、他のOLED 38, 40, 42を通した電圧と同様に、OLED 31, 38及び40, 42の2つのストリングへの駆動電流の分布に影響を与える(曲線L10, L11及びL14, L15, L16)。そして、約1.2ms, 2.2ms及び3.2msにおいて、他のOLED 38, 40, 42中に更なる短絡が発生する。これらの短絡に起因して、OLED 38, 40, 42を通した電圧は、駆動電流がOLED 38, 40, 42に供給されているとき、(すでに欠陥を生じたOLEDのそれぞれの数に依存する)それぞれの電圧に降下し、OLED 38, 40, 42それぞれにおいて、駆動電流がオフに切り替えられている10μsの期間Δtの間に(ほぼ)0Vまでほとんど即座に降下する(曲線L14, L15, L16)。ここで、OLED 31, 38, 40, 42を通した測定される電圧、すなわち、それぞれの10μsの期間Δtの後にサンプルホールド素子34, 39, 41, 43によって測定される電圧は、図の上４つのグラフ中の曲線L17, L18, L19, L20によって与えられる。以上のように、これらの電圧は、約0.2ms, 1.2ms, 2.2ms及び3.2msにおける短絡の発生の前には、約8.5Vか僅かに低い。というのも、これらは、短絡がない状況において、OLED31, 38, 40, 42を通した電圧がそれぞれの10μsの期間Δtの間に降下する値であるからである。対照的に、約0.2ms, 1.2ms, 2.2ms, 3.2msにおける短絡の発生後の最初の10μsの期間Δtから、OLED31, 38, 40, 42を通した測定される電圧は、(ほぼ)0Vである。というのも、これらは、短絡がある状況において、OLED31, 38, 40, 42を通した電圧がそれぞれの10μsの期間Δtの間に降下する値であるからである。OLED31, 38, 40, 42を横切るそれぞれの測定される電圧は、OLED31, 38, 40, 42を通した電圧が次の10μsの期間Δtの後に新たに測定されるまで、この例では、サンプルホールド素子34, 39, 41, 43によって保持される。

再度図7を参照して、この例では、短絡検出ユニット36は、OLED 31を通した測定された電圧が(ほぼ)0Vである場合に、OLED 31中に短絡を検出するように適応される。同様に、短絡検出ユニット36は、任意の他のOLED38, 40, 42を通した測定された電圧が(ほぼ)0Vである場合に、任意の他のOLED38, 40, 42中に短絡を検出するように適応される。

図8は、エレクトロルミネセンス装置50の第３の実施の形態を概略的に例として示す。エレクトロルミネセンス装置50は、ここでは(図に示されない)内部容量からなる容量をもつ、ここではOLEDである発光素子51、OLED 51に駆動電流を供給するためのOLED 51に接続されている切替可能な電流源52、及び、OLED 51中の短絡を検出するための短絡検出回路53を含む。

短絡検出回路53は、トリガーされるとOLED 51を通した電圧を測定するための、ここではサンプルホールド素子であるトリガー可能な電圧測定ユニット54、駆動電流がOLED 51に供給されない期間Δtの後にOLED 51を通した電圧を測定するためにサンプルホールド素子54をトリガーするためのトリガリング・ユニット55、及び、OLED 51を通した測定された電圧に基づいてOLED 51中の短絡を検出するための短絡検出ユニット56を含む。この例では、トリガリング・ユニット55は、切替可能な電流源52に接続されて、期間Δtの間、切替可能な電流源52をオフ切り替えるように適応されている。さらに、短絡検出回路53は、この実施の形態において、短絡がOLED 51中に検出される場合に、エレクトロルミネセンス装置50をオフにするための短絡保護ユニット57を更に備える。短絡保護ユニット57は、この場合には、切替可能な電流源52に接続されて、短絡がOLED 51中に検出される場合、切替可能な電流源52をオフにするように適応されている。

ここで、エレクトロルミネセンス装置50は、ここでは(図に示されない)内部容量からなる容量を持つ、ここでは更なるOLEDである更なる発光素子58を更に備え、更なるOLED 58は、OLED 51と直列に接続され、切替可能な電流源52は、OLED 51及び更なるOLED 58の直列接続に駆動電流を供給するように適応されている。短絡検出回路53は、トリガーされると更なるOLED 58を通した電圧を測定するための、ここでは更なるサンプルホールド素子である更なるトリガー可能な電圧測定ユニット59を更に備え、トリガリング・ユニット55は、期間Δtの後に更なるOLED 58を通した電圧を測定するために更なるサンプルホールド素子59をトリガーするように適応され、短絡検出ユニット56は、更なるOLED 58を通した測定された電圧に基づいて更なるOLED 58中の短絡を検出するように適応される。

ここで、エレクトロルミネセンス装置50は、ここでは(図に示されない)内部容量からなる容量を持つ、ここでは更なるOLEDである更なる発光素子60を更に備え、更なるOLED 60はOLED 51に並列に接続され、更なる発光素子60に駆動電流を供給するために、更なる切替可能な電流源64が更なる発光素子60に接続される。(切替可能な電流源52及び更なる切替可能な電流源64は両方とも、この実施の形態において、電源65によって電力を供給される)。短絡検出回路53は、トリガーされると、更なるOLED 60を通した電圧を測定するための、ここでは更なるサンプルホールド素子である更なるトリガー可能な電圧測定ユニット61を更に備え、トリガリング・ユニット55は、駆動電流が更なる発光素子60に供給されない期間Δtの後に更なるOLED 60を通した電圧を測定するために更なるサンプルホールド素子61をトリガーするように適応され、短絡検出ユニット56は、更なるOLED 60を通した測定された電圧に基づいて更なるOLED 60中の短絡を検出するように適応される。

図8から分かるように、この実施の形態において、エレクトロルミネセンス装置50は、図6(参照符号44及び45を参照)を参照して説明される第２の実施の形態において利用されるようなデカップリング素子を有しない。その代わりに、相当するデカップリングは、2つの別々の切替可能な電流源52及び64によって達成される。エレクトロルミネセンス装置50は、他のOLED 51, 58, 60とともに2x2のアレイで配置される更なるOLED 62を更に備え、短絡検出回路53は、更なるサンプルホールド素子63を有する。この構成では、2x2アレイ配置中のOLED51, 58, 60, 62を一意的に特定することが可能である。

以下において、発光素子21中の短絡を検出するための短絡検出方法の実施の形態100が、図9に示されるフローチャートを参照して例として説明される。短絡検出方法100は、図4に示されるような、ここでは(図に示されない)内部容量からなる容量をもつ、ここではOLEDである発光素子21 、OLED 21に駆動電流を供給するためのOLED 21に接続されている切替可能な電流源22、及び、OLED 21中の短絡を検出するための短絡検出回路23を有するエレクトロルミネセンス装置20で使用するために適応されている。

ステップ101において、トリガー可能な電圧測定ユニット21は、トリガリング・ユニット25によって、駆動電流が発光素子21に供給されない期間Δtの後に発光素子21を通した電圧を測定するためにトリガーされる。ステップ102において、トリガーされると、トリガー可能な電圧測定ユニット24によって、発光素子21を通した電圧が測定される。ステップ103において、短絡検出ユニット26によって、発光素子21を通した測定された電圧に基づいて、発光素子21中の短絡が検出される。

図9に示される短絡検出方法100の実施の形態において、短絡検出方法100は、例えば図4に示されるようなエレクトロルミネセンス装置20で使用するために適応されているが、当該方法は、図6に示されるようなエレクトロルミネセンス装置30、または、図8に示されるようなエレクトロルミネセンス装置50で使用するために適応されることができる。短絡検出方法の更なる特徴は、図4に示されるエレクトロルミネセンス装置20、図6に示されるエレクトロルミネセンス装置30及び図8に示されるエレクトロルミネセンス装置50に関する記述から理解されることができる。

図4、6および8に示されるエレクトロルミネセンス装置20, 30, 50の実施の形態において、発光素子は、（図示されない）内部容量からなる容量を持つOLEDであるが、他の実施の形態では、発光素子は、LEDに並列に接続された外部容量からなる容量を持つLEDであることもできる。

なお、図5および7において、切替可能な電流源が、(ほぼ)完全に一定の駆動電流を供給することが可能である線形ドロップアウト・レギュレータを用いて実現される場合についての波形が示される。しかしながら、切替可能な電流源は、例えば非常に効率的なヒステリシス制御降圧型スイッチモード電源を用いて実現されることも可能である。そのような電源の典型的な特性は、供給される電流が、例えば1〜2MHzの範囲である場合がある非常に高いスイッチング周波数で上側値と下側値(すなわち、ヒステリシス値)との間で変化することである。ヒステリシス幅を可能な限り小さくすることがそのような電源のための設計目標であるが、それは完全に回避されることはできない。したがって、そのような電源については、期間Δtは、スイッチング周波数に対応する期間より長いことが好ましい。

図5および7は、トリガリング・ユニットが周期的にトリガー可能な電圧測定ユニットをトリガーし、OLED中の短絡の存在についてOLEDが繰り返し確認される実施例を示すが、追加的に或いは代わりに、トリガリング・ユニットは、エレクトロルミネセンス装置をオンまたはオフにするプロセスの間にトリガー可能な電圧測定ユニットをトリガーするように適応されていることも可能である。切替可能な電流源がパルス幅変調信号によってオンに切り替えられているパルス幅変調時間間隔の範囲に期間(Δt)が入るように、トリガリング・ユニットは、切替可能な電流源のオンとオフを切り替えるためにパルス幅変調信号と同期されるように適応されることも可能である。

図面、開示及び添付の請求の範囲の検討から、開示された実施の形態に対する他のバリエーションは、請求された発明を実施する際に、当業者によって理解され、遂行されることができる。

請求の範囲において、「有する」「含む」等の用語は、他の要素又はステップを除外せず、単数表現は複数を除外しない。

一つのユニットまたは装置が、請求項中に列挙されるいくつかのアイテムの機能を実現することができる。例えば、トリガリング・ユニット25、短絡検出ユニット26及び短絡保護ユニット27が3つの別々のユニットとして図示されている図4に示されるエレクトロルミネセンス装置20の第１の実施の形態において、それらは、一つのユニットとしても実現されることができる。単に特定の手段が相互に異なる従属請求項中に列挙されているからといって、これらの手段の組み合わせが有効に用いられることができないことを意味しない。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として供給される、適切な媒体(例えば光学記憶媒体若しくは固体素子媒体)上で格納/配布されることができるが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介するような他の形態で配信されることもできる。

請求の範囲におけるいかなる参照符号も、その範囲を制限するものとして解釈されるべきでない。

本発明は、容量を持つ発光素子、発光素子に駆動電流を供給するための発光素子に接続されている切替可能な電流源、及び、発光素子中の短絡を検出するための短絡検出回路を有するエレクトロルミネセンス装置に関する。短絡検出回路は、トリガーされると、発光素子を通した電圧を測定するためのトリガー可能な電圧測定ユニット、駆動電流が発光素子に供給されない期間の後に発光素子を通した電圧を測定するためにトリガー可能な電圧測定ユニットをトリガーするためのトリガリング・ユニット、及び、発光素子を通した測定された電圧に基づいて発光素子中の短絡を検出するための短絡検出ユニットを有する。それによって、短絡検出は、製造許容範囲などに対して影響を受けにくい。

Claims (13)

1. 容量を持つ発光素子、
   前記発光素子に駆動電流を供給するために前記発光素子に接続される切替可能な電流源、及び
   前記発光素子中の短絡を検出するための短絡検出回路、
   を有し、
   前記短絡検出回路は、
   トリガーされると、前記発光素子を通した電圧を測定するためのトリガー可能な電圧測定ユニット、
   前記駆動電流が前記発光素子に供給されない期間の後に前記発光素子を通した電圧を測定するために前記トリガー可能な電圧測定ユニットをトリガーするためのトリガリング・ユニット、及び
   前記発光素子中の測定された電圧に基づいて前記発光素子中の短絡を検出するための短絡検出ユニット、
   を有し、
   前記期間が、前記発光素子中に短絡がない場合に、前記駆動電流が前記発光素子に供給されていないときに前記容量が放電されるのに必要とされる放電時間より短い、
   エレクトロルミネッセンス装置。
2. 前記トリガリング・ユニットが、前記切替可能な電流源に接続され、前記期間の間前記切替可能な電流源をオフに切り替える、請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス装置。
3. 前記トリガリング・ユニットが、前記トリガー可能な電圧測定ユニットを周期的にトリガーする、請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス装置。
4. 前記トリガリング・ユニットが、前記切替可能な電流源のオンとオフを切り替えるためのパルス幅変調信号と同期されて、前記パルス幅変調信号によって前記切替可能な電流源がオンに切り替えられているパルス幅変調時間間隔の範囲に前記期間が入る、請求項２に記載のエレクトロルミネッセンス装置。
5. 前記トリガリング・ユニットが、前記エレクトロルミネッセンス装置をオンまたはオフにするプロセスの間に前記トリガー可能な電圧測定ユニットをトリガーする、請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス装置。
6. 容量を持つ更なる発光素子をさらに有し、前記更なる発光素子が、前記発光素子に直列に接続され、前記切替可能な電流源が、前記発光素子と前記更なる発光素子の直列接続に前記駆動電流を供給し、前記短絡検出回路は、トリガーされると、前記更なる発光素子を通した電圧を測定するための更なるトリガー可能な電圧測定ユニットをさらに有し、前記トリガリング・ユニットは、前記駆動電流が前記更なる発光素子に供給されない期間の後に前記更なる発光素子を通した電圧を測定するために前記更なるトリガー可能な電圧測定ユニットをトリガーし、前記短絡検出ユニットが、前記更なる発光素子を通した測定された電圧に基づいて前記更なる発光素子中の短絡を検出する、請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス装置。
7. 容量を持つ更なる発光素子をさらに有し、前記更なる発光素子が、前記発光素子に並列に接続され、前記切替可能な電流源が、前記発光素子と前記更なる発光素子の並列接続に前記駆動電流を供給し、前記短絡検出回路は、トリガーされると、前記更なる発光素子を通した電圧を測定するための更なるトリガー可能な電圧測定ユニットをさらに有し、前記トリガリング・ユニットは、前記駆動電流が前記更なる発光素子に供給されない期間の後に前記更なる発光素子を通した電圧を測定するために前記更なるトリガー可能な電圧測定ユニットをトリガーし、前記短絡検出ユニットが、前記更なる発光素子を通した測定された電圧に基づいて前記更なる発光素子中の短絡を検出する、請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス装置。
8. 前記切替可能な電流源と前記発光素子との間に直列に接続されるデカップリング素子、及び、前記切替可能な電流源と前記更なる発光素子との間に直列に接続される更なるデカップリング素子をさらに有する、請求項７に記載のエレクトロルミネッセンス装置。
9. 前記デカップリング素子および／または前記更なるデカップリング素子がダイオードである、請求項８に記載のエレクトロルミネッセンス装置。
10. 容量を持つ更なる発光素子をさらに有し、前記更なる発光素子が、前記発光素子に並列に接続され、前記更なる発光素子に駆動電流を供給するために更なる切替可能な電流源が前記更なる発光素子に接続され、前記短絡検出回路が、トリガーされると、前記更なる発光素子を通した電圧を測定するための更なるトリガー可能な電圧測定ユニットを更に有し、前記トリガリング・ユニットが、駆動電流が前記更なる発光素子に供給されない期間の後に前記更なる発光素子を通した電圧を測定するために前記更なるトリガー可能な電圧測定ユニットをトリガーし、前記短絡検出ユニットが、前記更なる発光素子を通した測定された電圧に基づいて前記更なる発光素子中の短絡を検出する、請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス装置。
11. 前記短絡検出回路が、短絡が前記発光素子中に検出される場合に前記エレクトロルミネッセンス装置をオフにする短絡保護ユニットを更に有する、請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス装置。
12. 前記発光素子は有機発光ダイオードを有し、前記容量は前記有機発光ダイオードの内部容量を有するか、あるいは、前記発光素子は発光ダイオードを有し、前記容量は前記発光ダイオードに並列に接続された外部容量を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス装置。
13. 容量を持つ発光素子中の短絡を検出するための短絡検出方法であって、当該短絡検出方法は、前記発光素子、前記発光素子に駆動電流を供給するために前記発光素子に接続される切替可能な電流源を有するエレクトロルミネッセンス装置に使用され、当該短絡検出方法は、
    トリガリング・ユニットにより、前記駆動電流が前記発光素子に供給されない期間の後に前記発光素子を通した電圧を測定するためにトリガー可能な電圧測定ユニットをトリガーし、
    トリガーされると、前記トリガー可能な電圧測定ユニットにより、前記発光素子を通した電圧を測定し、
    短絡検出ユニットにより、前記発光素子を通した測定された電圧に基づいて前記発光素子中の短絡を検出し、
    前記期間が、前記発光素子中に短絡がない場合に、前記駆動電流が前記発光素子に供給されていないときに前記容量が放電されるのに必要とされる放電時間より短い、方法。

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