JP7145033B2 - Oled駆動装置 - Google Patents
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Description
本発明は、検査用OLED照明に用いられるOLEDを駆動するOLED駆動装置に関する。
LED(Light Emitting Diode)照明、OLED(Organic Light Emitting Diode)照明の用途として、製品の検査用照明がある。ここでの製品は、例えば、半導体、電子・電気部品、FPD関連、搬送・ロボット、鉄・金属部品、紙・フィルム・ガラス、自動車、ゴム・樹脂・プラスチック製品、食品、薬品、容器、包装、医療機器である。例えば、マシンビジョン(Machine Vision)を用いて、これらを検査するときに、照明として、LED照明、または、OLED照明が用いられることがある。
検査用LED照明は、検査用OLED照明と比べて実用化が進んでおり、例えば、オーバードライブの機能を有するLED駆動装置が既に実用化されている。
オーバードライブは、定格電流(定格電流値)よりも大きな電流をLEDに流す制御である。これにより、照明をより明るくすることができる。定格電流は、照明パネル(ここでは、LEDパネル)を製造するメーカが保証する、照明パネルを安定的に使用できる電流値である。LEDの故障、劣化の加速を防止するために、オーバードライブの期間は短く制限されている(例えば、1μs~1000μs)。
検査用LED照明に関する技術として、例えば、特許文献1に開示された照明制御電源がある。この照明制御電源は、LEDの点灯と消灯とを繰り返す制御をし、この制御において、点灯時間と消灯時間との割合を調整することにより、調光が可能な発光を実現している。
本発明者は、OLEDをPWM(Pulse Width Modulation)調光方式でオーバードライブする技術の実用化を検討した。この技術によれば、オーバードライブにおいて、OLEDに流す電流をPWM制御することにより、OLEDを調光することができる。検討の結果、以下の課題を見出した。
OLEDを点灯(発光)させるためには、OLEDの電圧は、OLEDが点灯可能なしきい値を超える必要がある。PWM制御の場合、OLEDの寄生容量に電荷が蓄積しなければ、OLEDの電圧はしきい値を超えることができない。OLEDは面発光なので、比較的大きい寄生容量を有する。寄生容量が大きければ、電荷の蓄積に要する時間が長くなる。OLEDの寄生容量は、比較的大きいので、電荷の蓄積に要する時間が長くなり、OLEDの点灯開始(発光開始)が遅延する。マシンビジョンでは、大量の検査対象を高速で検査する場合があり、この場合、カメラの撮影範囲を検査対象が高速で通過する。このため、カメラのシャッタースピードは速く設定されている。PWM調光方式でオーバードライブされるOLEDの点灯開始の遅延が大きければ、OLEDが点灯を開始するタイミングとカメラのシャッターのタイミングとのズレが大きくなり、この照明をマシンビジョンの照明に用いることが困難となる。
調光によりOLEDの明るさが変えられる。OLEDの明るさが下がるに従って、OLEDに流す電流が少なくなるので、OLEDの寄生容量に電荷を蓄積するために要する時間が長くなる。このため、OLEDの明るさが下がるに従って、OLEDの点灯開始の遅延が大きくなる。よって、PWM調光方式でオーバードライブされたOLEDを、マシンビジョンの照明に用いる場合、OLEDの明るさに応じて、カメラのシャッターのタイミングを変える必要がある。
本発明の目的は、OLEDがPWM調光方式でオーバードライブされたとき、OLEDの点灯開始の遅延を少なくできるOLED駆動装置を提供することである。
本発明に係るOLED駆動装置は、検査用OLED照明に用いられるOLEDを駆動するOLED駆動装置であって、前記OLEDの定格電流より大きい電流を前記OLEDに所定期間流すことにより、前記所定期間において、前記OLEDを前記定格電流で点灯させるよりも前記OLEDを明るく点灯させるオーバードライブをする制御部を備え、前記制御部は、前記所定期間に前記OLEDに流れる電流をPWM制御し、前記所定期間中のPWM信号において、前記OLEDが点灯を開始する前のパルス、および、前記OLEDが点灯を開始するときのパルスのうち、少なくとも1つのパルスの幅を、前記OLEDが点灯を開始した後のパルスの幅よりも大きく設定している。
OLEDが点灯を開始する前のパルス、OLEDが点灯を開始するときのパルス、OLEDが点灯を開始した後のパルスについて説明する。OLEDがPWM信号のn番目のパルスで点灯を開始する場合、OLEDが点灯を開始する前のパルスは、n番目のパルスより前のパルスである。OLEDが点灯を開始するときのパルスは、n番目のパルスである。OLEDが点灯を開始した後のパルスは、n番目のパルスより後のパルス(n+1番目以降のパルス)である。この場合、1番目~n番目のパルスのうち、少なくとも1つのパルスの幅が、n番目のパルスより後のパルスの幅よりも大きく設定される。
具体例で説明する。OLEDがPWM信号の1番目のパルスで点灯を開始する場合、OLEDが点灯を開始する前のパルスは存在しない。OLEDが点灯を開始するときのパルスは、1番目のパルスである。OLEDが点灯を開始した後のパルスは、1番目のパルスより後のパルス(2番目以降のパルス)である。この場合、1番目のパルスの幅が、1番目のパルスより後のパルスの幅よりも大きく設定される。
OLEDがPWM信号の2番目のパルスで点灯を開始する場合、OLEDが点灯を開始する前のパルスは、1番目のパルスである。OLEDが点灯を開始するときのパルスは、2番目のパルスである。OLEDが点灯を開始した後のパルスは、2番目のパルスより後のパルス(3番目以降のパルス)である。この場合、1番目のパルス、および、2番目のパルスのうち、少なくとも1つのパルスの幅が、2番目のパルスより後のパルスの幅よりも大きく設定される。少なくとも1つのパルスなので、1番目のパルスの幅が2番目のパルスより後のパルスの幅よりも大きく設定されていてもよいし、2番目のパルスの幅が2番目のパルスより後のパルスの幅よりも大きく設定されていてもよいし、1番目および2番目のパルスの幅が2番目のパルスより後のパルスの幅よりも大きく設定されていてもよい。
制御部は、OLEDに対してオーバードライブをすることにより、OLEDを定格電流で点灯(発光)よりも、OLEDを明るく点灯させることができる。制御部は、所定期間(一回のオーバードライブの期間)にOLEDに流れる電流をPWM制御することにより、OLEDに対してPWM調光をする。制御部は、所定期間のPWM信号において、OLEDが点灯を開始する前のパルス、および、OLEDが点灯を開始するときのパルスのうち、少なくとも1つのパルスの幅を、OLEDが点灯を開始した後のパルスの幅よりも大きく設定している。これにより、OLEDの電圧が、OLEDが点灯可能なしきい値を超えるのに要する時間(OLEDの寄生容量に電荷が蓄積するのに要する時間)を短くすることができる。
従って、本発明に係るOLED駆動装置によれば、OLEDがPWM調光方式でオーバードライブされたとき、OLEDの点灯開始の遅延を少なくできる。よって、OLEDが点灯を開始するタイミングとカメラのシャッターのタイミングとのズレを小さくできるので、本発明に係るOLED駆動装置で駆動されるOLEDをマシンビジョンの照明に用いることができる。
OLEDの明るさが下がるに従って、OLEDの点灯開始の遅延量が大きくなる。本発明に係るOLED駆動装置によれば、OLEDの点灯開始の遅延を少なくできるので、OLEDの明るさが異なっても、点灯開始の遅延量を同じと見なすことができる。よって、本発明に係るOLED駆動装置で駆動されるOLEDをマシンビジョンの照明に用いた場合、OLEDの明るさに応じてカメラのシャッタースピードを変える必要をなくすことができる。
上記構成において、前記制御部は、前記PWM信号の1番目のパルスのときに、前記OLEDが点灯を開始するように、前記1番目のパルスの幅を2番目以降のパルスの幅よりも大きく設定している。
この構成では、PWM信号の1番目のパルスでOLEDが点灯を開始する。この構成によれば、1番目のパルスより後のパルス(2番目以降のパルス)で、OLEDが点灯を開始する場合と比べて、OLEDの点灯を開始の遅延を少なくできる。
上記構成において、前記制御部は、前記オーバードライブを繰り返し実行するとき、各オーバードライブの前記所定期間において、前記少なくとも1つのパルスの幅を、前記OLEDが点灯を開始した後のパルスの幅よりも大きく設定している。
所定期間が経過し、1回のオーバードライブが終了すると、OLEDの寄生容量に蓄積された電荷は放電される。このため、次のオーバードライブにおいて、前記少なくとも1つのパルスの幅が、OLEDが点灯を開始した後のパルスの幅よりも大きくない場合、次のオーバードライブでは、OLEDの点灯を開始の遅延を少なくできない。この構成によれば、オーバードライブが繰り返し実行されるとき、オーバードライブ毎に、前記少なくとも1つのパルスの幅を、OLEDが点灯を開始した後のパルスの幅よりも大きくしている。従って、オーバードライブ毎にOLEDの点灯を開始の遅延を少なくできる。
本発明によれば、OLEDがPWM調光方式でオーバードライブされたとき、OLEDの点灯開始の遅延を少なくできる。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。各図において、同一符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その構成について、既に説明している内容については、その説明を省略する。
図1は、実施形態に係るOLED照明システム100の等価回路図である。OLED照明システム100は、検査用照明に用いられ、OLEDパネル1と、OLED駆動装置2と、ケーブル3と、を備える。OLEDパネル1とOLED駆動装置2とは別体であり、これらはケーブル3によって接続されている。
OLEDパネル1は、OLED11と定電流ダイオード12とを備える。OLED11は、1つのOLED素子、または、直列接続された複数のOLED素子であり、面発光をする。Cdは、OLED11の寄生容量を示す。RIは、OLED11のリーク電流が要因となるインピーダンスを示す。Rは、OLED11に接続されている配線(ケーブル3、OLEDパネル1内の配線、OLED駆動装置2内の配線)の抵抗と、OLED11のアノード電極の抵抗と、OLED11のカソード電極の抵抗とを合わせた抵抗を示す。
OLED11の電圧vが、OLED11が点灯するしきい値を超えたとき、OLED11に電流iが流れ始め、OLED11が点灯を開始する。
定電流ダイオード12のアノードがOLED11のカソードと接続されている。定電流ダイオード12は、OLED11に定電流を流す素子である。定電流ダイオード12の替わりに、定電流回路が用いられてもよい。
OLED駆動装置2は、電圧源21と、MCU(Micro Controller Unit)22と、スイッチング素子23と、を備えており、OLED11を駆動する。
電圧源21は、例えば、AC-DCコンバータまたはDC-DCコンバータであり、ケーブル3を介して、OLED11のアノードと接続されている。電圧源21は、OLED11のアノードに正電圧を印加する。正電圧は、OLED11の電圧vと定電流ダイオード12の駆動に必要な電圧とを足した電圧より大きい。
MCU22は、OLED11を調光するためのPWM信号を生成する。OLED11は、PWM調光方式によって調光される。なお、MCU22の替わりに、PLD(Programmable Logic Device)を用いてもよい。
スイッチング素子23は、MCU22から出力されたPWM信号によってオンオフされる。スイッチング素子23は、例えば、NチャネルパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。スイッチング素子23は、第1電極、第2電極および第3電極を備える。第1電極(NチャネルパワーMOSFETのゲート電極)には、MCU22から出力されたPWM信号が入力する。第2電極(NチャネルパワーMOSFETのドレイン電極)は、ケーブル3を介して、定電流ダイオード12のカソードと接続されている。第3電極(NチャネルパワーMOSFETのソース電極)は、接地されている。
定電流ダイオード12は、OLEDパネル1のカソード側に配置されているが、OLEDパネル1のアノード側に配置されていてもよい。定電流ダイオード12は、OLEDパネル1に配置されているが、ケーブル3に配置されていてもよいし、OLED駆動装置2に配置されていてもよい。
定電流ダイオード12は、OLED11がオーバードライブされたときにOLED11に流すことができる定格電流以上の定電流を流すことができる。PWM制御によって、OLED11に流れる定電流の大きさが、その定格電流以下にされる。
図2は、OLED駆動装置2に備えられるオーバードライブ制御部ODCの機能ブロック図である。図3は、オーバードライブ制御部ODCで生成されるオーバードライブ信号とPWM信号との関係を示すタイミングチャートである。オーバードライブ制御部ODCは、OLED11に対して、オーバードライブを実行すると共に、PWM調光方式によってOLED11を調光する。オーバードライブは、OLED11の定格電流より大きい電流をOLED11に所定期間流すことにより、所定期間において、OLED11を定格電流で点灯させるよりもOLED11を明るく点灯させることである。所定期間が、オーバードライブの期間となる。
図2および図3を参照して、オーバードライブ制御部ODCは、オーバードライブ信号生成部22aと、PWM信号生成部22bと、スイッチング素子23と、を備える。オーバードライブ信号生成部22aおよびPWM信号生成部22bは、MCU22によって実現される。
オーバードライブ信号生成部22aは、オーバードライブ信号を生成する。オーバードライブ信号が、LレベルとHレベルとが繰り返されることにより、オーバードライブが繰り返される。1つのHレベルの期間が1回のオーバードライブの期間(所定期間)である。
PWM信号生成部22bは、オーバードライブの期間に、PWM信号を生成する。PWM信号は、スイッチング素子23に入力し、スイッチング素子23をオンオフさせる。PWM信号がHレベルのとき、スイッチング素子23がオンとなり、図1に示す電圧源21、OLED11、定電流ダイオード12、および、スイッチング素子23からなる回路に電流が流れる。PWM信号がLレベルのとき、スイッチング素子23がオフとなり、上記回路に電流が流れない。
図4は、PWM信号の生成方法の一例を説明するタイミングチャートである。図2および図4を参照して、PWM信号生成部22bは、カウンタ22cを備える。カウンタ22cは、0から第1の数n1までカウントすると、カウント値を0に戻し、再び、0から第1の数n1までカウントする。オーバードライブ信号がLレベルからHレベルになったとき、カウンタ22cは、カウントを開始し、オーバードライブ信号がHレベルからLレベルになったとき、カウントを終了する。
カウンタ22cがカウントを開始したとき、PWM信号生成部22bは、PWM信号をLレベルからHレベルにする。カウンタ22cが0から第2の数n2(n2<n1)までカウントしたとき、PWM信号生成部22bは、PWM信号をHレベルからLレベルにする。これにより、1番目のパルスP1が生成される。1番目のパルスP1の幅はw1であり、これは、カウンタ22cが0から第2の数n2までカウントするのに要した時間と対応する。
カウンタ22cが0から第1の数n1までカウントしたとき、カウンタ22cはカウント値を0に戻し、PWM信号生成部22bは、PWM信号をLレベルからHレベルにする。カウンタ22cが0から第3の数n3(n3<n2)までカウントしたとき、PWM信号生成部22bは、PWM信号をHレベルからLレベルにする。これにより、2番目のパルスP2が生成される。2番目のパルスP2の幅はw2であり、これは、カウンタ22cが0から第3の数n3までカウントするのに要した時間と対応する。これより後のパルスは、2番目のパルスP2と同様にして生成される。従って、これより後のパルスの幅は、w2であり、2番目のパルスP2の幅と同じである。
オーバードライブ制御部ODCは、オーバードライブの期間にOLED11に流れる電流をPWM制御し、オーバードライブの期間中のPWM信号において、1番目のパルスP1の幅(=w1)を2番目以降のパルスの幅(=w2)より大きく設定している。
図5は、オーバードライブ信号と、PWM信号と、OLED11の電流iとの関係を示すタイミングチャートである。各オーバードライブの期間(所定期間)にPWM信号が生成されている。図1および図5を参照して、PWM信号の1番目のパルスP1によって、OLED11に電流iが流れ始めている。従って、1番目のパルスP1はOLED11が点灯を開始するときのパルスである。2番目以降のパルスはOLED11が点灯を開始した後のパルスである。
オーバードライブ信号がLレベルからHレベルに切り替わるとき、オーバードライブの期間が開始するタイミングt1である。OLED11に電流iが流れ始めるタイミングt2は、タイミングt1より遅れている。すなわち、OLED11の点灯開始が遅延している。これは、OLED11の寄生容量Cdに電荷を蓄積するのに時間を要するからである。
実施形態によれば、OLED11の点灯開始の遅延を少なくできることを説明する。図4に示すように、実施形態のPWM信号は、1番目のパルスP1の幅(=w1)が2番目以降のパルスの幅(=w2)より大きくされている。比較例のPWM信号は、全てのパルスの幅がw2にされている。図6は、実施形態のシミュレーションのグラフと比較例のシミュレーションのグラフとを比較する比較図である。グラフの横軸は、時間を示す。グラフの左側縦軸は、OLED11の電圧vを示す。グラフの右側縦軸は、OLED11の電流iを示す。
図1および図6を参照して、実施形態の場合、PWM信号の1番目のパルスP1によって、OLED11の電圧vが、OLED11が点灯するしきい値を超えている。これは、OLED11の寄生容量Cdに電荷が蓄積されたことを意味する。従って、1番目のパルスP1によって、OLED11に電流iが流れ始め、OLED11が点灯を開始する。1番目のパルスP1は、OLED11が点灯を開始するときのパルスである。2番目以降のパルスは、OLED11が点灯を開始した後のパルスである。オーバードライブの期間(所定期間)が開始するタイミングとOLED11が点灯を開始するタイミングとの差が、遅延時間T1(遅延量)である。
比較例の場合、PWM信号の8番目のパルスによって、OLED11の電圧vが、OLED11が点灯するしきい値を超えている。従って、8番目のパルスによって、OLED11に電流iが流れ始め、OLED11が点灯を開始する。オーバードライブの期間(所定期間)が開始するタイミングとOLED11が点灯を開始するタイミングとの差が、遅延時間T2(遅延量)である。
実施形態の遅延時間T1は、比較例の遅延時間T2と比べて短い。この理由を説明する。実施形態の場合、1番目のパルスP1の幅(OLED11が点灯を開始するときのパルスの幅)が、2番目以降のパルスの幅(OLED11が点灯を開始した後のパルスの幅)より大きく設定されている。これにより、OLED11の電圧vが、OLED11が点灯可能な電圧に到達するのに要する時間を短くすることができる。
以上説明したように、実施形態によれば、OLED11がPWM調光方式でオーバードライブされたとき、OLED11の点灯開始の遅延を少なくできる。
図4および図5を参照して、オーバードライブ制御部ODCは、PWM信号の1番目のパルスP1のときに、OLED11が点灯を開始するように、1番目のパルスP1の幅(=w1)を2番目以降のパルスの幅(=w2)よりも大きく設定している。従って、実施形態によれば、1番目のパルスP1より後のパルス(2番目以降のパルス)で、OLED11が点灯を開始する場合と比べて、OLED11の点灯を開始の遅延を少なくできる。
オーバードライブの期間が経過し、1回のオーバードライブが終了すると、OLED11の寄生容量に蓄積された電荷は放電される。このため、次のオーバードライブにおいて、1番目のパルスP1の幅が、1番目のパルスP1より後のパルス(OLED11が点灯を開始した後のパルス)の幅よりも大きくない場合、次のオーバードライブでは、OLED11の点灯を開始の遅延を少なくできない。実施形態によれば、オーバードライブ制御部ODCは、オーバードライブを繰り返し実行するとき、各オーバードライブの期間(所定期間)において、1番目のパルスP1の幅を、1番目のパルスP1より後のパルス(OLED11が点灯を開始した後のパルス)の幅よりも大きく設定している。従って、オーバードライブ毎にOLED11の点灯を開始の遅延を少なくできる。
図4および図5を参照して、実施形態によれば、オーバードライブ制御部ODCは、オーバードライブの期間(所定期間)において、PWM信号を構成するパルスのうち、1番目のパルスP1の幅(=w1)を、1番目のパルスP1より後のパルス(2番目以降のパルス)の幅(=w2)よりも大きく設定し、1番目のパルスP1でOLED11が点灯を開始するように制御している。しかしながらこれに限定されない。オーバードライブ制御部ODCは、OLED11が点灯を開始する前のパルス、および、OLED11が点灯を開始するときのパルスのうち、少なくとも1つのパルスの幅を、OLED11が点灯を開始した後のパルスの幅よりも大きく設定する。また、オーバードライブ制御部ODCは、2番目以降のパルスでOLED11が点灯を開始するように制御してもよい。
1 OLEDパネル
11 OLED
12 定電流ダイオード
2 OLED駆動装置
23 スイッチング素子
3 ケーブル
100 OLED照明システム
ODC オーバードライブ制御部(制御部の具体例)
P1 1番目のパルス
P2 2番目のパルス
T1,T2 遅延時間
i OLEDの電流
v OLEDの電圧
11 OLED
12 定電流ダイオード
2 OLED駆動装置
23 スイッチング素子
3 ケーブル
100 OLED照明システム
ODC オーバードライブ制御部(制御部の具体例)
P1 1番目のパルス
P2 2番目のパルス
T1,T2 遅延時間
i OLEDの電流
v OLEDの電圧
Claims (3)
- 検査用OLED照明に用いられるOLEDを駆動するOLED駆動装置であって、
前記OLEDの定格電流より大きい電流を前記OLEDに所定期間流すことにより、前記所定期間において、前記OLEDを前記定格電流で点灯させるよりも前記OLEDを明るく点灯させるオーバードライブをする制御部を備え、
前記制御部は、前記所定期間に前記OLEDに流れる電流をPWM制御し、前記所定期間中のPWM信号において、前記OLEDが点灯を開始する前のパルス、および、前記OLEDが点灯を開始するときのパルスのうち、少なくとも1つのパルスの幅を、前記OLEDが点灯を開始した後のパルスの幅よりも大きく設定している、OLED駆動装置。 - 前記制御部は、前記PWM信号の1番目のパルスのときに、前記OLEDが点灯を開始するように、前記1番目のパルスの幅を2番目以降のパルスの幅よりも大きく設定している、請求項1に記載のOLED駆動装置。
- 前記制御部は、前記オーバードライブを繰り返し実行するとき、各オーバードライブの前記所定期間において、前記少なくとも1つのパルスの幅を、前記OLEDが点灯を開始した後のパルスの幅よりも大きく設定している、請求項1または2に記載のOLED駆動装置。
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