KR101455972B1 - Ｌｅｄ／ｏｌｅｄ 디바이스의 상태 및/또는 컨디션을 결정하기 위한 방법 및 진단 디바이스 - Google Patents

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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 LED/OLED 디바이스의 상태 및/또는 컨디션을 결정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은, LED/OLED 디바이스에 적어도 하나의 시변 신호를 인가(22)하는 단계, 상기 적어도 하나의 시변 신호에 대한 응답을 획득(24)하는 단계, 상기 응답을 미리 결정된 값들과 상관(30)시키는 단계, 및 상관 결과에 기초하여 상태 및/또는 컨디션을 결정(32)하는 단계를 포함한다. 또한 본 발명은 본 발명의 방법을 수행하도록 적응된 디바이스에 관한 것이다.
진단 디바이스, LED, OLED, 배터리, 시변 신호, 임피던스, 커패시턴스

Description

ＬＥＤ／ＯＬＥＤ 디바이스의 상태 및/또는 컨디션을 결정하기 위한 방법 및 진단 디바이스{METHOD FOR DETERMINING A STATUS AND/OR CONDITION OF A LED/OLED DEVICE AND DIAGNOSTIC DEVICE}
본 발명은 LED/OLED 디바이스의 상태 및/또는 컨디션을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 또한 LED/OLED 디바이스 상태 및/또는 컨디션을 결정하기 위한 진단 디바이스에 관한 것이다.
LED 및 OLED 디바이스들은 기술 응용 분야들에서뿐만 아니라 사적인 가정 응용 분야들에서도 조명 엘리먼트들로서 더욱더 대중적으로 되고 있다. 응용에 관계없이, LED/OLED 디바이스들이 긴 기간에 걸쳐서도 동일한 강도를 갖는 광을 방사하는 것이 항상 요망된다. 노화 효과에 기인하여, 특히 OLED 디바이스들에 있어서, 광 출력은 보상이 없이는 감소한다. 따라서, 광 출력을 일정하게 유지하도록 노화에 대해 보상하는 것이 필요하다.
또한, LED/OLED 디바이스들에 전력을 공급하기 위한 구동기 회로가 LED/OLED 디바이스의 크기와 무관하게 일정한 광 출력을 보장하도록 작동될 수 있는 것이 또한 요망된다. 예를 들면, 상이한 수의 타일(tile)들을 갖는 OLED 조명기구들(luminaries)은 OLED 전류의 조정을 요구한다. 즉, 구동기 회로는 스케일러 블(scalable)해야 한다.
가정 환경에서 편리하게 이용하기 위해, 이들 동작들을 자동적으로 수행하는 것이 요망된다. 사용자는 임의의 제어 또는 조정을 수행하지 않아도 되어야 한다.
종래 기술의 기법들은 노화 등을 보상하기 위해 LED/OLED 디바이스의 상태 또는 컨디션을 결정하기 위한 단 하나의 파라미터를 전달하는 단순한 정적인 측정들을 활용했다. 이러한 파라미터는, 예를 들면, 순방향 전압 또는 IV-곡선의 기울기 또는 임피던스 값이다.
정적인 측정들은 필드 컨디션들(field conditions) 하에서 전기적인 잡음 및 간섭을 일으키기 쉽다. 파라미터 검출 동안에 간섭을 감소시키기 위해 필터링이 이용될 수 있다. 그러나, 패시브 컴포넌트들의 크기가 주파수에 비례하고 DC에 대해서 가장 비싸므로, 필터링은 매우 비싸다. 더욱이, 정적인 측정들은 두 개(또는 그 이상)의 대 신호 동작점들(large signal operating points)의 차이로부터 차분 특성들(differential characteristics)을 도출한다. 매우 신뢰할 수 없는 절차.
OLED의 크기와 같은 두 개 이상의 OLED 파라미터가 결정되어야 할 때, 종래 기술의 추가적인 제한들 및 문제점들이 나타난다. 정적인 측정들로 크기를 결정하기 위해, 비-선형 IV-특성의 파라미터들이 척도(measure)로서 이용될 것이다. 특정한 IV-특성
Figure 112009066018699-pct00001
을 가정하면, 이득 팩터(gain factor) "a"는 주어진 vf, b에 대한 OLED의 크기에 대한 척도이다. 이하에서, 이득 팩터 "a"를 결정하기 위해 두 개의 예들이 제공될 것인데, 여기에서, 첫 번째 경우에는 vf 및 b는 기지수(known)이고, 두 번째 경우에는 vf도 미지수(unknown)이다.
이득 "a"를 결정하기 위해, OLED는 OLED의 파괴를 피하기 위해 충분히 낮아야 하는 테스트 전류 Im으로 구동된다. 그 후, OLED에 걸친 전압 vm이 측정된다. 이제 이득이 산출될 수 있다:
Figure 112009066018699-pct00002
이러한 방법은 매우 용이하게 산출하나, OLED 특성 b 및 순방향 전압 vf의 지식을 요구한다. 그러나, 순방향 전압이 온도에 강하게 의존하기 때문에, 증가된 정확성을 위해 vf를 미지수로서 다루는 것도 필요하고, 이에 따라 추가적인 측정이 행해져야 한다.
두 번째 경우에, 두 개의 미지수들이 존재하기 때문에, 적어도 두 번의 측정들이 행해져야 한다:
Figure 112009066018699-pct00003
vf 및 a에 대한 이들 두 개의 수학식들을 풀면 다음과 같이 된다:
Figure 112009066018699-pct00004
이러한 방법은 특정 집단의 다양한 OLED들을 특징하기 위해 더욱 많은 OLED 파라미터들로 확장될 수 있다는 것이 명백하다. 그러나, 문제점은, 기초가 되는 수학식들이 비-선형이 된다는 것이다. 디바이스의 수학식들 그 자체의 형태가 종속적이기 때문에, OLED들의 파라미터들을 결정하기 위한 단순한 표준화된 절차는 존재하지 않는다. 사실상, 정적인 측정들은 일반적으로 하나의 단일 파라미터를 결정하기 위해 제한된다. 더욱이, 정적인 측정들은 전기적인 잡음 및 간섭을 일으키기 쉽다. 패시브 컴포넌트들의 크기가 주파수에 비례하고 DC에 대해서 가장 비싸므로, 필터링은 매우 비싸다. 더욱이, 정적인 측정들은 두 개(또는 그 이상)의 대 신호 동작점들의 차이로부터 차분 특성들을 도출한다. 수치적으로 요란한(numerically noisy) 절차.
US 2006/0016959는 하나 이상의 LED들의 광 강도들을 설정하기 위한 피드포워드(feed-forward) 방법들 및 장치를 개시한다.
[발명의 개요]
상기의 관점에서, 정적인 측정들에 비교되는, LED/OLED 디바이스의 두 개 이상의 파라미터의 결정을 확장하게 해주는 LED/OLED 디바이스의 상태 및/또는 컨디션을 결정하기 위한 방법 및 디바이스를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 본 발명의 추가적인 목적은 본 방법의 자동적인 작동을 허용하는 것이다.
이들 및 다른 목적들은,
상기 LED/OLED 디바이스에 적어도 하나의 시변 신호(time varying signal)를 인가하는 단계,
상기 적어도 하나의 시변 신호에 대한 응답을 획득하는 단계, 및
상기 응답을 미리 정해진 값과 상관시키는(correlating) 단계
를 포함하는 방법에 의해 해결되며,
상기 상관시키는 단계는,
상기 응답에 기초하여 상기 LED/OLED 디바이스의 임피던스 값을 결정하는 단계,
상기 결정된 임피던스 값을 상기 LED/OLED 디바이스의 등가의 회로망의 미리 정해진 모델 값들에 매칭시켜, 상기 등가의 회로망의 임피던스가 상기 결정된 임피던스 값에 대응하도록 하는 단계, 및
상기 상태 및/또는 컨디션의 결정의 기초가 되는 상기 등가의 회로망의 회로 소자들을 결정하는 단계를 포함한다.
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본 발명의 방법은 정적인 측정들에 비교되는, 더욱 많은 LED/OLED 파라미터들에 대한 확장을 허용한다. 그리고 더욱 중요한 것은, 본 발명은 자동화될 수 있 다는 것이다.
본 발명의 방법의 일반적인 개념은 소 신호(small signal) 측정들을 이용하는 것인데, 여기에서 LED/OLED 디바이스의 응답은 LED/OLED 모델의 회로 소자들을 결정하는 데에 이용된다. 회로 소자들은 LED/OLED 디바이스의 광 효율, 온도, 노화, 결함들, 크기, 유형 등과 같은 특징들에 상관될 수 있다.
본 발명은 LED/OLED 디바이스가, 특히 그것의 전기적인 행동이, 등가의 전기 회로망에 기초하여 모델링될 수 있다는 사실을 이용한다. 이러한 회로망의 일부 또는 모든 소자들은 결정될 LED/OLED 파라미터들에 대응하는 물리적인 의미(physical meaning)를 갖는다. 회로망 소자들이 일단 알려지면, LED/OLED 특성들도 알려진다.
바람직한 일 실시예에서, 상기 LED/OLED 디바이스의 임피던스 값은 이산 주파수들의 세트에 대하여 측정된 LED/OLED 디바이스의 복소 임피던스를 포함한다.
바람직한 일 실시예에서, 상기 시변 신호는 LED/OLED 디바이스를 동작시킬 수 없는 소신호이며, 회로 소자들은 LED/OLED 디바이스의 광 효율, 온도, 노화, 결함들, 크기 및 유형 중 하나 이상의 포함하는 특징들에 상관된다.
예를 들면, OLED 모델은 저항 및 이와 직렬로 다이오드와 병렬인 커패시턴스를 포함하는 단순한 3 소자 회로망이다.
커패시턴스의 값은, 예를 들면, 무결함 OLED의 크기 또는 외재적 결함들(extrinsic defects)의 크기/수에 대한 척도이다. 다이오드에 관한 전류-전압 곡선의 기울기는 노화, (알려진 크기에 대한) 내재적 결함들(intrinsic defects)에 대한 척도이다. 또한, 전류-전압 곡선 파라미터들은 OLED의 유형, 그것의 크기 및 온도에 대한 척도이다.
등가의 전기 회로망의 회로 소자들, 및 파라미터들을 결정하기 위해, 이산(discrete) 주파수들의 세트에 대해 LED/OLED의 복소(complex) 임피던스가 측정된다. 이들 임피던스 값들이 일단 알려지면, 회로 소자들은 등가의 전기 회로망의 임피던스가 측정된 임피던스 값들의 세트에 대응하는 방식으로 결정된다. 이러한 매칭은 공지된 수학적 방법들에 의해 행해질 수 있다.
시변 신호는 바람직하게는 정현파 신호들, 첩(chirp) 신호들, 광대역 신호들, 소대역(smallband) 신호들, 단일 주파수 신호들, 다중 주파수 신호들, 계단 신호 또는 램프(ramp) 신호들의 그룹 중에서 선택된다. 응답은 전압, 전류, 임피던스 또는 컨덕턴스일 수 있다.
다른 신호들이 순수한 DC 신호들이 아니라면, 그들이 또한 이용될 수 있다는 것에 유의한다. 등가의 회로망의 임피던스를 결정하기 위해 필요한, LED/OLED 디바이스에 인가되는 신호들이 시간과 함께 변한다는 것이 중요하다.
본 발명에 따른 방법은 LED/OLED 디바이스의 광 효율 또는 결함들의 수를 상태로서 결정하게 해준다. 또한, 본 발명의 방법은, 기대 수명에 관한 노화, 기대 수명, 유형, 크기 또는 과열을 LED/OLED 디바이스의 컨디션으로서 결정하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명의 목적은 또한 LED/OLED 디바이스의 상태 및/또는 컨디션을 결정하기 위한 진단 디바이스에 의해 해결되는데, 상기 진단 디바이스는,
적어도 하나의 시변 신호를 생성하고 그것을 상기 LED/OLED 디바이스에 인가하기 위한 제1 수단;
상기 인가된 시변 신호에 대한 응답을 획득하기 위한 제2 수단;
상기 응답을 미리 결정된 값과 상관시키기 위한 제3 수단 - 상기 제3 수단은 상기 응답에 기초하여 상기 LED/OLED 디바이스의 임피던스 값을 결정하기 위한 수단, 및 상기 임피던스 값을 상기 LED/OLED 디바이스의 등가의 회로망의 미리 정해진 모델 값들에 매칭시켜, 상기 등가의 회로망의 임피던스가 상기 결정된 임피던스 값에 대응하도록 하기 위한 수단을 포함함 - ; 및
상기 상태 및/또는 컨디션의 결정의 기초가 되는 상기 등가의 회로망의 회로 소자들을 결정하기 위한 제4 수단
을 포함한다.
본 발명의 진단 디바이스는 전술한 바와 같은 본 발명의 방법을 수행하게 해준다. 상기 진단 디바이스는 전술한 바와 같은 이점들을 실현하게 해준다. 특히, LED/OLED 디바이스의 동작 동안에 상기 LED/OLED 디바이스의 상태 및/또는 컨디션, 예를 들면, 광 효율, 결함들의 수, 노화, 기대 수명, 과열, 유형, 크기 등을 자동적으로 결정하는 것이 가능하다. 상기 LED/OLED 디바이스의 사용자는 인가된 시변 신호들이 매우 작고, 따라서 상기 LED/OLED 디바이스의 조명을 발생시키지 않기 때문에, 상기 진단 디바이스의 작동을 인지하지 못할 것이다.
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본 발명의 진단 디바이스로 인해, 상기 LED/OLED 디바이스의 동작 동안에 조정을 가능하게 하는, 노화, 광 효율 등과 같은, 하나만이 아닌 파라미터를 결정하는 것이 가능하다. 따라서, 예를 들면, 상기 LED/OLED 디바이스의 수명 동안에 노화 효과에 대해 보상하는 것이 가능하다.
바람직한 실시예에서, 상기 진단 디바이스는 상기 LED/OLED 디바이스 내에 통합된다. 그러나, 상기 진단 디바이스가 또한 별도의 부분으로서 제공될 수 있다는 것에 유의한다.
추가적인 특징들 및 장점들은 이하의 설명 및 첨부된 도면들로부터 취해질 수 있다.
전술한 특징들 및 이하에서 더 설명되는 특징들은 본 발명의 범주를 벗어나지 않고, 지시된 각 조합들에서뿐만 아니라, 다른 조합들에서 또는 분리하여 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 실시예들은 도면들에 도시되며, 동일한 도면들을 참고로 하여 이하의 설명에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 진단 디바이스 및 OLED 유닛의 개략적인 블록도.
도 2a 및 2b는 OLED 디바이스와 연결된 진단 디바이스의 두 가지의 상이한 디자인을 나타내는 개략적인 블록도들.
도 3은 OLED 유닛의 등가의 전기 회로를 나타내는 블록도.
도 4는 OLED 유닛의 일반적인 구조, 및 그의 커패시턴스 및 인덕턴스를 결정하기 위한 공식을 개략적으로 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 방법의 단계들을 나타내는 블록도.
도 6은 바이어스(bias) 의존(Vb) 3 소자 회로로서 임피던스 행동 모델을 나타내는 도면.
도 7은 f1 또는 f2에서의 샘플 측정들에 의한, 바이어스 포인트 Vb=Udc=0V에서의 OLED 자체 커패시턴스의 산출을 나타내는 개략적인 도면.
도 8은 두 주파수 f1 및 f2에서의 샘플 측정들에 의한 자체 커패시턴스 Cd 및 ito 저항 Rito의 산출을 나타내는 개략적인 도면.
도 9는 콜-콜(cole-cole) 임피던스 플롯(plot)에서의 반지름 및 오프셋과 OLED ito 저항 Rito 및 IV 특성의 기울기 Rd 사이의 관계를 나타내는 개략적인 도면.
도 10은 3차의 소 신호 비-선형 OLED 모델, 특히 오른쪽의 회로 소자들 및 등가의 회로망의 전압 의존성을 나타내는 도면.
도 11은 크기 및 위상에 대한 임피던스 플롯: 도 10에 도시된 모델의 측정 vs 모델 데이터(선)를 나타내는 도면.
도 12는 정적인 OLED 특성을 나타내는 도면.
도 1에서 OLED 유닛(10)의 상태 및/또는 컨디션을 결정하기 위한 진단 디바이스의 개략적인 블록도가 도시되며, 참조 번호 20으로 표시된다. 진단 디바이스(20)는 예시적인 목적들을 위해서만 도시되고 이용되며, 이러한 디바이스(20)의 구조에 본 발명의 개념을 제한하도록 의도되는 것이 아니라는 것에 유의해야 한다.
진단 디바이스(20)는 OLED 유닛(10)의 일부일 수 있거나 또는 별도로 제공될 수 있다. OLED(organic light emitting diode) 유닛(10)은, 공동으로 또는 서로 독립적으로 구동될 수 있는 하나 이상의 유기 발광 다이오드 타일을 포함하는 유닛으로서 제공될 수 있다. 본 실시예의 진단 디바이스(20)는 OLED 유닛(10)과 함께 동작하지만, OLED 유닛(10)은 또한 LED 유닛 또는 양쪽 발광 다이오드 유형들의 조합으로 교체될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
OLED(10)는 OLED(10)를 구동하기 위한 구동기로서 적어도 기능하는 전원(12)과 연결된다. 전원(12)은 주(main) 전압과 연결될 수 있거나 또는 전력을 제공하기 위한 배터리들 또는 축전기들을 포함할 수 있다.
진단 디바이스(20)는 시변 신호들을 생성하도록 적응된 시간 신호 생성기(22)를 포함하며, 그의 전압 레벨은 OLED의 동작이 그것에 의해 영향받지 않도록 선택된다. 시변 신호들은 OLED(10)에 공급되는 전원 전압에 더해지거나 또는 중첩된다.
진단 디바이스(20)는, OLED(10)에 연결되고, 제공된 시변 신호들에 대한 응답 신호들을 측정하도록 적응되는 응답 측정 유닛(24)을 더 포함한다. 예를 들면, OLED의 공급 라인에서, 특히 접지와 연결된 라인에서, 전류 측정 프로브(25)가 제공되며, 응답 측정 유닛(24)의 신호 입력과 연결된다. 그러나, 전류 측정 프로브(25)는 응답 신호들을 측정하기에 적합한 상이한 프로브들 중 단지 하나의 예라는 것에 유의해야 한다.
진단 디바이스(20)는, 응답 측정 유닛으로부터 측정 신호들을 수신하고, 매칭 유닛(28)에 임피던스 값들을 제공하는 임피던스 결정 유닛(26)을 더 포함한다. 매칭 유닛(28)은 데이터베이스(30)에, 그리고 상태/컨디션 결정 유닛(32)에 차례대로 연결된다.
도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 진단 디바이스(20)는, 시간 신호 생성기(22), 응답 측정 유닛(24), 임피던스 결정 유닛(26), 매칭 유닛(28) 및 상태/컨 디션 결정 유닛(26)을 통합하는 마이크로프로세서(40)로서 제공될 수 있다. 옵션으로, 마이크로프로세서(40)는 또한 데이터베이스(30)를 통합할 수 있다. 그러나, 이러한 데이터베이스(30)는 또한 별도로 제공될 수 있다.
도 2a에서, OLED(10)에 제공되는 신호 및 프로브(25)에 의해 전달되는 측정 신호는 양쪽 모두 구동기 증폭기들(42)에 의해 증폭되는 것이 표시된다.
도 2b에서, 전술한 실시예의 대안이 도시된다. 전술한 경우와는 대조적으로, 여기에서는 마이크로프로세서(40)가 시간 신호 생성기(22)를 통합하지 않는다. 오히려, 이 회로(22)는 전원(12)의 일부이다. 그럼에도 불구하고, 양쪽 모두의 실시예들은 이하에서 상세히 설명될 동일한 방식으로 작동한다.
진단 디바이스(20)의 작동은, 전기적인 OLED 행동이 전기적으로 등가의 회로망에 기초하여 모델링될 수 있다는 개념에 기초한다. 이러한 회로망의 일부 또는 모든 소자들은 결정될 OLED 파라미터들에 대응하는 물리적 의미를 갖는다. 일단 회로망 소자들이 알려지면, OLED 특성들도 알려진다. OLED 모델에 대한 일반적인 예는 도 3에 도시된 바와 같은 단순한 3-소자 회로망이다. 이러한 등가의 전기 회로망(50)은 OLED의 ito-전극의 저항을 나타내는 저항 Rito를 포함한다. 저항과 직렬로 커패시턴스 C 및 다이오드의 병렬 연결이 있다.
이러한 전기적으로 등가의 회로(50)를 가정하면, 커패시던스 C는 무결함 OLED의 크기, 및/또는 외재적 결함들의 사이즈/수에 대한 척도이다. 또한, 전류 전압(IV) 곡선 I(V)의 기울기는 OLED의 노화 및 (알려진 크기에 대한) 내재적 결함 들에 대한 척도이다. 더욱이, IV 곡선 파라미터들은 OLED의 유형, 그것의 크기 및 온도에 대한 척도이다. 따라서, 등가의 전기 회로의 회로 소자들을 결정하고 그 후 회로 소자들로부터 OLED의 상태/컨디션을 결정하는 것이 진단 디바이스(10)의 주 목적이다.
본 발명의 문맥에서, 상태는, 예를 들면, OLED의 광 효율, 즉, LO/I, 또는 결함들의 수, 크기 또는 유형의 척도를 의미한다. "컨디션"은 OLED의 기대 수명에 관한 노화 또는 기대 수명 또는 온도/오버헤드(overhead)를 의미한다.
회로 소자들을 결정하는 것에 관해, 진단 디바이스는 OLED에 제공되는 시변 신호들 및 전류 측정 프로브(25)에 의해 제공되는 응답 신호들을 이용하여 이산 주파수들의 세트에 대해서 OLED(10)의 복소 임피던스를 측정한다. 일단 이들 임피던스 값들이 알려지면, 회로 소자들은 등가의 회로망의 임피던스가 측정된 임피던스 값들의 세트에 대응하는 방식으로 결정된다. 즉, 결정되는 복소 임피던스 값들은, 데이터베이스에 저장되고 주어진 회로 소자들에 속하는 임피던스 값들과 비교된다. 따라서, 데이터베이스는, 이산 주파수들의 세트에 대하여, 그리고 등가의 전기 회로망의 복수의 상이한 회로 소자들에 대하여 결정된 복수의 복소 임피던스 값들을 포함한다.
데이터베이스에서 임피던스 값들의 최상의 짝(match)을 찾는 매칭은 공지된 수학적 방법들에 의해 행해질 수 있다. 다양한 예들이 이하에 제공될 것이다.
제1 예에서, 파라미터들은 OLED 임피던스 행동의 점근적 분석(asymptotic analysis)으로부터 도출된다.
기울기 및 커패시턴스를 결정하기 위해, 임피던스 측정이 이용될 수 있다. 이것은 주파수 fm 및 알려진 전류 크기 Im을 갖는 작은 교류-신호를 주입함으로써 행해진다. OLED 전압 vm이 측정되며, 복소 임피던스 값들이 산출될 수 있다: Zm=Vm/Im. 다양한 DC 동작점들에 대해서 이러한 측정을 반복하여, 임피던스 값들의 세트(Z1, Z2,...)가 산출될 수 있다.
OLED 회로 소자들은 점근적 분석에 의해 작은 수의 측정 값들에 용이하게 관련될 수 있다. 이것은 임피던스 플롯이 다양한 동작점들에 대해 도시된 도 6에 도시된다.
정성적으로, 임피던스 곡선들은 직선들에 의해 점근적으로 적합해지고(fitted), 회로 소자에 상관될 수 있다:
Figure 112014036818870-pct00005

Z(f)는 OLED 임피던스를 주파수 f의 함수로 나타낸 것이다. Rito, Rd, Cd는 도 6에 도시된 저항 및 커패시터의 저항값과 커패시턴스를 나타낸다. Rd_ito는 Rito과 Rd을 병렬 연결한 경우의 등가 저항을 나타낸다. Zlow는 f1 보다 낮은 주파수에서의 OLED 임피던스를 나타내고, Zhigh는 f2 보다 큰 주파수에서의 OLED 임피던스를 나타낸다.
예를 들면, 순방향 전압 vf 이하의 동작 전압들에 대해서, OLED 디바이스는 용량성의 행동(capacitive behavior)을 나타낸다. 임피던스 플롯은 직선이다. 단일 측정은 이하의 관계를 통해 OLED 커패시턴스를 결정하기에 충분할 것이다:
Figure 112009066018699-pct00006
본 예에서, OLED 임피던스는 1KHz에서 Z1 = 34kΩ이다. 결과로서 생기는 커 패시턴스는 Cd = 4.7nF이다.
예를 들면, Z2 = 340Ω의 임피던스 값을 가지며 f2 = 100KHz에서 취해진, 또 다른 측정은 Cd=4.7nF의 동일한 커패시턴스일 것이다. 이렇게, 몇몇 측정들은 OLED의 자체 커패시턴스를 추정하기 위한 중복성(redundancy)을 증가시키도록 상이한 주파수들에서 행해질 수 있다. 일단 자체 커패시턴스가 알려지면, 크기도 알려진다. 크기를 산출하기 위해, 도 4에 도시된 바와 같은, 단순한 평행 판 커패시터 공식이 이용된다.
작은 ito 저항을 가정하면, 도 12에 도시된 바와 같이 임피던스 Rd에 의해 표현되는, 주어진 동작점에 대한 IV-곡선의 기울기는 임피던스 플롯에서 수평선에 대응한다. ito-저항이 제2 코너 주파수(corner frequency)를 넘는 높은 주파수에서의 단일 임피던스 측정으로부터 결정될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
이러한 단순한 예는 세 개의 파라미터들이 세 개의 임피던스 측정들 및 단순한 공식을 적용하는 것으로부터 용이하게 도출될 수 있다는 것을 나타낸다. 측정들의 수를 증가시키도록 필드 컨디션들 하에서의 강건성(robustness)을 개선하는 것, 즉, 측정된 임피던스 값들을, 본 경우에서는 예를 들면, 직선들의 기울기 및 오프셋에 상관시키는 것은 물론 필요하다.
제2 예에서, 파라미터들은 OLED 임피던스의 저역 통과 행동(코너 주파수 f1)으로부터 도출된다.
Figure 112009066018699-pct00007
제3 예에서, 파라미터들은 OLED-임피던스의 콜-콜 플롯의 기하학적 파라미터들(반지름 및 오프셋)으로부터 도출된다.
OLED 임피던스의 콜-콜 플롯은 5개의 상이한 커패시턴스 값들을 갖는 OLED 집단에 대해서 도 9에 도시된다. 대응하는 임피던스 플롯들(위상 및 크기)도 도시된다. 임피던스 플롯들은 OLED의 변화하는 자체 커패시턴스의 효과를 나타내는데: 양쪽의 코너 주파수들 모두는 더 작은 자체 커패시턴스, 즉, 더 작은 영역의 OLED들에 대해서 더 높은 주파수들로 천이된다. 콜-콜 플롯에서, 결과로서 생기는 OLED 특성이 특정 반지름 및 오프셋을 갖는 원에 의해 근사화될 수 있다는 것을 보는 것은 흥미롭다. 양쪽 모두의 값들은 자체 커패시턴스와 무관하다. 이것은 분석적으로 증명될 수도 있다:
오프셋 := Rito + Rd/2 반지름 := Rd/2
단순한 3-소자 모델에 대해 지금까지 도시된 것은 더 높은 차수의 모델들에도 확장될 수 있다. 일반적으로, 주어진 DC-동작점에 대한 OLED의 소 신호 응답은 분자 및 분모 각각에 대한 차수(n,m)의 유리 다항식에 의해 기술될 수 있다:
Figure 112009066018699-pct00008
특수한 경우가 도 10에서 (3,3) 모델에 대해 도시된다.
모델링, 즉, 유리 다항식 함수에 의한 측정된 임피던스 행동의 매칭은 공지된 방법들에 의해 행해질 수 있다. 그 결과는 도 11에 도시되는데, 여기에서 OLED 임피던스 행동은 넓은 범위의 주파수에 걸쳐 고도의 정확성으로 묘사된다. 이것은 OLED를 매우 양호하게 특성화하게 해준다.
OLED 모델 파라미터들이 결정된 후에, 파라미터들과 요망되는 OLED 특성들 사이에 상관이 행해져야 한다. 일례는 OLED 자체 커패시턴스 및 OLED 크기이다.
OLED들 그 자체는, 특히 인가된 전압이 순방향 전압보다 낮을 때, 도 4에 도시된 바와 같이 평행 커패시터처럼 행동한다.
자체 커패시턴스는 면적과 선형으로 비례하는데, 즉, 면적이 두 배가 되면, 자체 커패시턴스도 두 배가 된다. 이러한 진술은 대체로 어떠한 전류도 흐르지 않을 때에만 사실이며, 그렇지 않은 경우 커패시턴스는 면적에 걸친 비선형 전류 분포 때문에 변할 것이라는 것을 인식하는 것이 중요하다.
OLED 크기와 커패시턴스 사이의 상관은 용이하다. 통상적으로 주어진 크기 Ao의 커패시턴스 Co는, 측정된 커패시턴스 Cm에 대해서 크기가 이하가 되도록 알려진다:
Am=Ao*Cm/Co
도 5에서, 진단 디바이스(20)의 동작은 블록도의 형태로 개략적으로 도시된 다. 전술한 바와 같이, 시간 신호 생성기(22)는 시변 신호들을 생성한다(블럭 62). 이들 시변 신호들은 OLED(10)에 제공되고, OLED의 응답 신호들은 응답 측정 유닛(64)에 의해 측정되고 샘플링된다(블록 64). 그 후, 임피던스 결정 유닛은 임피던스를 산출하고(블록 68), 산출된 값들을 데이터 베이스(30)에 저장된 OLED 모델 파라미터들과 상관하거나 또는 매칭한다(블록 70). 그 후, 회로 소자들을 가지고, OLED 특성들, 즉 상태 및/또는 컨디션이 결정될 수 있다(블록 72).
요약하면, 본 발명의 방법 및 전술한 진단 디바이스는 작은 시변 신호에 대한 LED 또는 OLED의 응답에 LED 또는 OLED 디바이스의 상태를 관련시킨다. 본 방법은, OLED 노화의 상태를 검출하거나, OLED 노화를 예측하거나, 노화의 다양한 유형들 사이에서 구별하거나, OLED의 다양한 유형들을 식별하거나, 또는 결함들의 다양한 유형들을 식별하도록 OLED 구동기 제어기 및/또는 진단 디바이스에 의해 이용될 수 있다.
본 제안된 방법은 OLED 내에 통합될 수 있거나 또는 별도의 디바이스로서 연결될 수 있는 상기 진단 디바이스에 의해 이용된다. 응용 영역들은, 예를 들면, 범용 구동기들(universal driver)이다. 여기에서, 램프 파라미터들의 자동적인 결정은, 예를 들면, OLED의 크기와는 무관하게 일정한 광 출력을 보장하도록 구동기 작동을 적응시키게 해준다. 예들은 상이한 수의 타일들을 갖는 OLED 조명들이다. 타일들의 수는 자동적으로 검출되고 구동기는 OLED 전류를 조절한다(스케일러블 구동기(scalable driver)).
추가 응용 영역은 노화 보상이다. 여기에서, 구동기는 광 출력을 열화시킬 노화 효과들에 대해 보상하도록 OLED 전류를 조절한다(능동적인 노화 보상).
추가 응용 영역은 결함 분석이다. 여기에서, 생산 동안에 결함이 있는 OLED들을 검출하는 것이 가능하다.
마지막이지만 중요한 것으로, 추가 응용 영역은 OLED 진단이다. 여기에서, OLED들의 상태는 검사될 수 있는데, 이것은, 예를 들면, (샵들에서의 고객 서비스 또는 비상등으로서) 소매 부분에서 이용될 수 있으며, 램프 상태는 그것을 작동시키지 않고 검사될 수 있다.

Claims (17)

  1. LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 방법으로서,
    적어도 하나의 시변 신호(time varying signal)를 상기 LED 또는 OLED 디바이스에 인가하는 단계,
    상기 적어도 하나의 시변 신호에 대한 응답을 획득하는 단계, 및
    상기 응답을 미리 정해진 값과 상관시키는 단계
    를 포함하며,
    상기 상관시키는 단계는,
    상기 응답에 기초하여 상기 LED 또는 OLED 디바이스의 임피던스 값을 결정하는 단계,
    상기 결정된 임피던스 값을 상기 LED 또는 OLED 디바이스의 등가의 회로망의 미리 정해진 모델 값에 매칭시켜, 상기 등가의 회로망의 임피던스가 상기 결정된 임피던스 값에 대응하도록 하는 단계, 및
    상기 상태 및 컨디션 중 적어도 하나의 결정의 기초가 되는, 상기 등가의 회로망의 회로 소자들을 결정하는 단계를 포함하는 LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 LED 또는 OLED 디바이스의 임피던스 값은 이산 주파수들의 세트에 대하여 측정된 상기 LED 또는 OLED 디바이스의 복소 임피던스를 포함하는, LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 시변 신호는 상기 LED 또는 OLED 디바이스를 동작시킬 수 없는 소신호이며 상기 회로 소자들은 상기 LED 또는 OLED 디바이스의 광 효율, 온도, 노화, 결함들, 크기 및 유형 중 하나 이상을 포함하는 특징들에 상관되는, LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 시변 신호는: 정현파 신호, 첩(chirp) 신호, 광대역 신호, 소대역(small band) 신호, 단일 주파수 신호, 다중 주파수 신호, 계단 신호 또는 램프(ramp) 신호를 포함하는 그룹 중에서 선택되며, 상기 응답은 전압, 전류, 임피던스 또는 컨덕턴스인, LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 상태는 상기 LED 또는 OLED 디바이스의 광 효율, 결함들의 수의 척도(measure), 유형 또는 크기일 수 있으며, 상기 컨디션은 기대 수명에 관한 노화, 기대 수명, 또는 과열(overheating)일 수 있는, LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 LED 또는 OLED 디바이스의 전류-전압 곡선의 기울기 및 임피던스는 상기 결정된 임피던스 값으로부터 도출되고, 상기 시변 신호들은 주파수 fm 및 전류 진폭 Im을 갖는 교류(ac) 신호들인, LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 LED 또는 OLED 디바이스는 상기 등가의 회로망이 저항 및 병렬 연결의 직렬 연결을 포함하는 OLED 유닛이며, 상기 병렬 연결은 커패시터 및 다이오드를 포함하고, 상기 커패시터의 커패시턴스 값은 비결함 OLED 유닛의 크기 또는 외재적 결함들의 크기 또는 수에 대한 척도이고, 다이오드에 관한 전류-전압 곡선의 기울기는 노화, 크기에 대한 내재적 결함들에 대한 척도이며, 상기 전류-전압 곡선의 파라미터들은 OLED 유닛의 유형, 크기 및 온도에 대한 척도인, LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 방법.
  8. LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 진단 디바이스로서,
    적어도 하나의 시변 신호를 생성하고 상기 적어도 하나의 시변 신호를 상기 LED 또는 OLED 디바이스에 인가하기 위한 제1 수단(22),
    상기 인가된 시변 신호에 대한 응답을 획득하기 위한 제2 수단(24, 25),
    상기 응답을 미리 정해진 값과 상관시키기 위한 제3 수단(26, 28, 30) - 상기 제3 수단(26, 28, 30)은 상기 응답에 기초하여 상기 LED 또는 OLED 디바이스의 임피던스 값을 결정하기 위한 수단(26), 및 상기 임피던스 값을 상기 LED 또는 OLED 디바이스의 등가의 회로망의 미리 정해진 모델 값에 매칭시켜, 상기 등가의 회로망의 임피던스가 상기 결정된 임피던스 값에 대응하도록 하기 위한 수단(28)을 포함함 - , 및
    상기 상태 및 컨디션 중 적어도 하나의 결정의 기초가 되는, 상기 등가의 회로망의 회로 소자들을 결정하기 위한 제4 수단(32)
    을 포함하는 LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 진단 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 LED 또는 OLED 디바이스의 임피던스 값은 이산 주파수들의 세트에 대하여 측정된 상기 LED 또는 OLED 디바이스의 복소 임피던스를 포함하는, LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 진단 디바이스.
  10. 제8항에 있어서, 상기 시변 신호는 상기 LED 또는 OLED 디바이스와 연결된 구동기 회로의 구동 신호 안에 결합되며, 상기 시변 신호는 상기 LED 또는 OLED 디바이스를 동작시킬 수 없는 소신호이며 상기 회로 소자들은 상기 LED 또는 OLED 디바이스의 광 효율, 온도, 노화, 결함들, 크기 및 유형 중 하나 이상을 포함하는 특징들에 상관되는, LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 진단 디바이스.
  11. 제8항에 있어서, 상기 LED 또는 OLED 디바이스를 구동하기 위한 구동기 회로를 포함하고, 상기 제1 수단은 상기 구동기 회로의 일부분인, LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 진단 디바이스.
  12. 제8항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 수단 중 적어도 하나는 마이크로프로세서(40), PIC(programmable integrated circuit), ASIC 및 아날로그 회로 중 적어도 하나로서 제공되며, 상기 제1 내지 제4 수단은 분산되는 방식(distributed manner)으로 배열되는, LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 진단 디바이스.
  13. 제8항에 있어서, 상기 제3 수단은 로컬 메모리(local memory)를 이용하여 프로그램가능한, LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 진단 디바이스.
  14. 제8항에 있어서, 상기 시변 신호는 상기 LED 또는 OLED 디바이스와 연결되는 추가 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위해 상기 추가 디바이스에 연결되는, LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 진단 디바이스.
  15. 제14항에 있어서, 상기 추가 디바이스는 상기 LED 또는 OLED 디바이스에 전원을 공급하는 배터리인, LED 또는 OLED 디바이스의 상태 및 컨디션 중 적어도 하나를 결정하기 위한 진단 디바이스.
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