TWI398839B - 主動補償式有機發光面光源系統 - Google Patents

Description

主動補償式有機發光面光源系統

本發明係關於一種有機發光面光源系統，特別的是關於可主動判斷有機發光單元之電流/電壓值是否需額外補償的一種主動補償式有機發光面光源系統。

習知技藝中，利用白光有機發光二極體(WOLED；White Organic Light-Emitting Diodes)所組成的顯示或照明裝置中，為了提升照度，通常是將單一發光面積加以放大(如第一A圖中位於基板上之有機發光單元14所示)，並且透過驅動電路16以相對較高的電流/電壓驅動白光有機發光二極體。然而，這樣的技術，卻引起高耗電、高熱能與照度衰減等等問題。而這些問題的產生，將會導致白光有機發光二極體無法進行實用化與商業化。

再者，白光有機發光二極體在使用一段時間之後，其照度會有明顯的衰減，其衰減狀態如第一B圖所示，其中縱軸係為有機發光二極體受驅動時所產生的照度，橫軸係為有機發光二極體使用的時間。於第一B圖中，B0係定義為有機發光二極體的原始照度，Bt係定義為有機發光二極體使用一段時間t之後的使用照度，ΔB係原始照度與使用照度之間的差值。因此，有機發光二極體之輸出的照度會隨著其使用時間的增加而產生衰減的現象。此外，若ΔB衰減量為30~35%，則定義為有機發光二極體照度的半衰期，且該半衰期係表示其使用照度與原始照度間，已有明顯的變化。

有鑑於此，乃需要一種有機發光面光源系統，用以有效解決習知技術中之高耗電、高熱能與照度衰減等問題。

本發明之一目的在於提供一主動補償式有機發光面光源系統，係在具有複數個次要有機發光單元之主要有機發光單元的第一基板上，再結合具有偵測單元與補償單元的第二基板，而可選擇性地獨立補償任一個次要有機發光單元，使得有機發光面光源達到省電的功效。

本發明之另一目的在於提供一主動補償式有機發光面光源系統，係在具有複數個次要有機發光單元所組成之主要有機發光單元(亦或稱為面光源)上，提供複數個外部的偵測單元與補償單元，其可主動地偵測主要有機發光單元(亦或稱為面光源)的照度是否降低至一預定的數值(例如降低至原來照度的一半，亦即在照明顯示中所定義的半衰期)時，根據其偵測的結果，透過補償單元主動地提供補償電流/電壓至次要有機發光單元，使得次要有機發光單元因獲得補償而達到一預定照度的輸出，亦即主要有機發光單元(亦或稱為面光源)的照度整體上仍可維持在該預定照度的輸出。其中，該預定照度是高於有機發光單元在半衰期時所提供的照度，此外，更可依照補償單元所補償的電流/電壓值，產生對應之該預定照度。

於一實施例中，本發明係提供一種主動補償式有機發光面光源系統，其包含主要有機發光單元、複數個驅動單元、複數個偵測單元及複數個補償單元。主要有機發光單元具有複數個次要有機發光單元。複數個驅動單元分別與該些次要有機發光單元電性連接，且選擇性地提供用以獨立驅動該些次要有機發光單元之至少其一所需之電流電壓值。複數個偵測單元分別與該些驅動單元電性連接，用以獨立地偵測對應該些次要有機發光單元之至少其一所需之電流/電壓值的變化，並且產生偵測訊號。複數個補償單元分別地與該些偵測單元電性連接，且根據偵測訊號，輸出補償電流/電壓值於該些次要有機發光單元之至少其一，用以補償次要有機發光單元使其達到一預定照度的輸出。

於另一實施例中，本發明係提供一種主動補償式有機發光面光源系統，其包含有機發光單元、驅動單元、偵測單元及補償單元。有機發光單元提供照明與顯示。驅動單元與有機發光單元電性連接，且提供用以驅動有機發光單元所需之電流/電壓值。偵測單元與驅動單元電性連接，用以偵測電流/電壓值的變化，並且產生偵測訊號。補償單元與偵測單元電性連接，並且根據偵測訊號輸出補償電流/電壓值於有機發光單元，用以補償有機發光單元使其達到一預定照度的輸出。

於再一實施例中，一種主動補償式有機發光面光源系統，具有有機發光單元，其包含驅動單元、偵測單元及補償單元。驅動單元用以提供有機發光單元所需驅動之電壓/電流值，其更包含第一控制元件、第二控制元件及電容器。第一控制元件具有第一輸入端、第一輸出端及第一控制端，第一輸入端接收第一電源之電流/電壓值，且第一控制端接收第二電源之電流/電壓值。第二控制元件具有第二輸入端、第二輸出端及第二控制端，第二控制端與第一輸出端電性連接，且第二輸入端與有機發光單元電性連接。電容器設置在第二控制端與第二輸出端之間，用以儲存第一電源之電流/電壓值。偵測單元具有第三輸入端、第三輸出端及第三控制端。第三控制端與第二輸入端電性連接，且第三輸入端接收第一電源之電流/電壓值，並且偵測第二輸入端與第二輸出端之間的電流/電壓值，用以產生偵測訊號。補償單元具有第四輸入端及第四輸出端，第四輸入端與第三輸出端電性連接，並且根據偵測訊號來決定第一電源之電流/電壓值，是否透過偵測比較單元輸入至第四輸入端，使得補償單元自第四輸出端產生補償電流/電壓值，用以補償有機發光單元使其一達到一預定照度的輸出。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，其說明如後：

參考第二A圖，係本發明一實施例中主動補償式有機發光面光源之示意圖。於本實施例中，有機發光面光源20係包含基板22、有機發光單元24與驅動單元26。基板22係可為習知常用的玻璃基板與塑膠基板等，並且根據基板22的材質，形成固定式或可撓式的有機發光面光源。有機發光單元24設置於基板22之上，且與習知技術相較(參閱第一A圖)，本發明中有機發光單元24所組成的發光面積，約略與習知技術中的有機發光單元14的發光面積相當，然而，與習知技術明顯不同的是，本發明利用複數個較小面積的有機發光單元24取代習知技術中僅由單一面積所組成之有機發光單元(如第一A圖所示)。此外，為了使本發明的複數個小面積的有機發光單元24在組合之後的發光面積，仍然能夠接近習知技術中單一有機發光單元之發光面積，故在排列該複數個小面積的有機發光單元24時，儘量讓有機發光單元24彼此相鄰之間的間隙變小，較佳地，彼此相鄰間的間隙為零(亦即以無縫隙的方式進行排列)。本發明除了可達到與習知技術相同照度(亦或發光面積)的面光源外，亦可獨立地分別驅動每一個有機發光單元24，進而達成省電的功效。其中，在獨立驅動方面，本發明更可藉由獨立地控制每一個小面積的有機發光單元，而於補償/驅動有機發光單元時，可以依照顯示或照度的需求，分別地提供給每一個有機發光單元各自所需的電流/電壓值，如此可避免一次驅動或補償整個大面積有機發光單元時所帶來的高耗電缺失，故前述一次整體性的驅動或補償相較於個別性的驅動或補償，個別性的驅動或補償具有較大的操作彈性，並且可有效地使有機發光單元達成省電的功效。較佳地，本發明之有機發光單元24係以m×n矩陣的方式排列，其中m與n為正整數，如第二B圖所示。舉例而言，本實施例中的有機發光單元係以2×2矩陣的方式排列。驅動單元26係用以提供/控制有機發光單元24於產生照度時，所需要的電壓/電流，其中電壓/電流值係包含直流或交流電壓/電流。

參考第三A圖係本發明一實施例中主動補償式有機發光面光源系統之示意圖。於本實施例中，主動補償式有機發光面光源系統30包含兩部份，其中一部份係包含第一基板32與位於第一基板32上之主要有機發光單元34，其中，主要有機發光單元34係由複數個次要有機發光單元342所組成。而另一部份係包含第二基板36及位於第二基板36上之驅動單元362、偵測單元364與補償單元366。較佳地，複數個次要有機發光單元342係以m×n矩陣的方式排列，其中m與n為正整數。於一實施例中，每一個次要有機發光單元342係分別地包含驅動單元362、偵測單元364及補償單元366。驅動單元362分別與對應之次要有機發光單元342電性連接，且各個驅動單元362係選擇性提供驅動相對應之次要有機發光單元342所需之電流/電壓值。偵測單元364分別與對應之驅動單元362電性連接，獨立地偵測對應之次要有機發光單元342於被驅動時所需之電流/電壓值的變化，並且產生偵測訊號。複數個補償單元366分別與對應之偵測單元364電性連接，且根據偵測訊號，輸出補償電流/電壓值於對應之次要有機發光單元342，用以主動補償對應之次要有機發光單元342使其維持固定的照度輸出。較佳地，本發明係由第一基板32與第二基板36組合而成，其相關的技術可以參閱本發明人於中華民國所獲准公告的專利第514751號中，有詳細的描述，於此不贅述。

然而，熟悉該項技術領域者，應可以瞭解到，複數個次要有機發光單元342亦可透過單一驅動單元、單一補償單元、單一偵測單元及/或上述的組合，分別或同時進行驅動、補償或偵測。舉例而言，複數個次要有機發光單元342可透過分時多工(TDMA)的機制，經由至少一多工器，在一段時間(亦或稱時槽)內分別進行驅動、補償或偵測每一個次要有機發光單元342，亦可達成與上述相同之功效。於此，雖然複數個次要有機發光單元342僅具有一組的驅動單元、補償單元及偵測單元，但其係透過分時多工(TDMA)的機制，亦即，該組驅動單元、補償單元及偵測單元部會同時驅動或補償複數個次要有機發光單元342，是故，其仍可避免前述之一次整體性的驅動或補償所帶來的高耗電缺點。

再者，次要有機發光單元342係可透過雙波段白光有機發光元件或者三波段白光有機發光元件形成一白光的次要有機發光單元，其上述兩種白光次要有機發光單元的結構其分別描述如下。雙波段白光有機發光元件的結構係包含基底3422、陽極3424、電洞傳輸層3426、主發光層+黃光與紅光掺雜物3428、主發光層+藍光掺雜物34210、電子傳輸層34212及陰極34214，如第三B圖所示；而三波段白光有機發光元件的結構係包含基底34216、陽極34218、電洞傳輸層34220、主發光層+藍光掺雜物34222、主發光層+綠光掺雜物34224、主發光層+紅光掺雜物34226、電子傳輸層34228及陰極34230，如第三C圖所示。其中，基底3422、34216的材料可為玻璃或塑膠基底；陽極3424、34218係為高功函數金屬氧化物材料，例如氧化銦錫(ITO；indium tin oxide)或銦鋅氧化物(IZO；indium zinc oxide)等；陰極34214、34230係為低功函數金屬材料，例如鋁及銀等。

參考第四圖係說明第三A圖中主動補償式有機發光面光源系統的功能方塊圖。於本實施例中，係以一個次要有機發光單元342為例進行說明。次要有機發光單元342位於第一基板，而驅動單元362、偵測單元364與補償單元366則分別位於第二基板。次要有機發光單元342與驅動單元362電性相連接，且提供用以驅動次要有機發光單元432所需之電流/電壓值。偵測單元364與驅動單元362電性連接，用以偵測該電流/電壓值的變化，並且產生偵測訊號DS，例如以串聯方式偵測次要有機發光單元342及/或驅動單元362之間電流的變化，亦或是以並聯的方式，用以偵測次要有機發光單元342在驅動單元362上所造成電壓的變化。舉例而言，偵測單元364係可為金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)或比較放大器。補償單元366與偵測單元364電性連接，且根據偵測訊號DS，輸出補償電流電壓值CS於次要有機發光單元342，用以主動補償次要有機發光單元342使其達到一預定照度的輸出，例如補償單元366係為至少一運算放大器(OPA)。其中，該預定照度是高於有機發光單元在半衰期時所提供的照度，並且依照補償單元所補償的電流/電壓值，產生對應之該預定照度。

參考第五圖係本發明一實施例中主動補償式有機發光面光源系統之詳細電路圖。於本實施例中，係以主動補償式有機發光面光源系統中之一個次要有機發光單元52來做說明，有機發光面光源係由m×n矩陣排列的次要有機發光單元52所組成，其中m與n為任意正整數。並且，可根據第三A圖所述，分別地控制次要有機發光單元52的驅動及補償電壓/電流值，以主動補償有機發光單元342使其達到一預定照度的輸出。於本實施例中，其詳細電路包含驅動單元54、偵測單元56與補償單元58。驅動單元54用以提供驅動次要機發光單元52所需之電壓/電流值，其更包含第一控制元件542、第二控制元件544與電容器546。第一控制元件542具有第一輸入端5422、第一輸出端5424及第一控制端5426，並且第一輸入端5422接收第一電源Vin1之電流/電壓值，且第一控制端5426接收第二電源Vin2之電流/電壓值。舉例而言，第一控制元件542係為P型或N型金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)，於此以N型MOSFET為例。第二控制元件544具有第二輸入端5442、第二輸出端5444及第二控制端5446，第二控制端5446與第一輸出端5424電性連接，並且第二輸入端5442與次要有機發光單元52電性連接。電容器546，設置在第二控制端5446與第二輸出端5444之間，用以儲存第一電源Vin1之電流/電壓值。舉例而言，第二控制元件544係為P型或N型金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)，於此以N型MOSFET為例。

偵測單元56具有第三輸入端562、第三輸出端564及第三控制端566，第三控制端566與第二輸入端5442電性相連接，且第三輸入端562接收第一電源Vin1之電流電壓值，偵測單元56並且偵測第二輸入端5442與第二輸出端5444之間的電流電壓值，用以產生偵測訊號DS。舉例而言，偵測單元56係為P型或N型金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)，於此以P型MOSFET為例。補償單元58具有第四輸入端582及第四輸出端584，第四輸入端582與第三輸出端564電性相連接，並且根據偵測訊號DS來決定第一電源Vin1之電流電壓值，是否透過偵測單元56輸入至第四輸入端582，使得補償單元58自第四輸出端584產生補償電流電壓值CS，用以補償次要有機發光單元52使其達到一預定照度的輸出。舉例而言，補償單元58係可由至少一運算放大器所組成之緩衝器，且通常係以偶數個運算放大器所組成，使得輸出的相位與輸入的相位相同。其動作詳細敘述如下。

當有機發光單元52的照度並未衰減至一預定衰減值(如第一B圖中所示，照度位於B₀ 與B_t 之間)時，於第二控制元件544之第二輸入端5442與第二輸出端5444之間的電壓，並不會使得偵測單元56開啟，此處偵測單元56(PMOS)之源極端與汲極端要導通的條件係為輸入閘極端之電壓要低於輸入源(汲)極端上的電壓。較佳地，此偵測單元56係設計為當照度位於B₀ 與B_t 之間，閘極端之電壓要高於或等於輸入源(汲)極端上的電壓，故如此電壓的反向驅動，將不會使得第一電源Vin1之電流電壓值透過第三輸入端562傳導至第三輸出端564。

然而，隨著次要有機發光單元52使用時間的增加，其所產生的照度會隨之受影響，例如次要有機發光單元52的照度衰減至30%~35%的位置(如第一B圖中所示，經一段時間t後，照度會降低至Bt或甚至更低)時，由於次要有機發光單元52的變化，使得第二控制元件544之第二輸入端5442與第二輸出端5444之間的電壓也隨之變化，即是偵測單元56(PMOS)閘極端之輸入電壓要低於輸入源(汲)極端上的電壓，如此電壓的正向驅動，這會使得與第一電源Vin1之電流電壓值可透過第三輸入端562傳送至第三輸出端564。再者，第一電源Vin1透過偵測單元56之源極端與汲極端到達補償單元58之第四輸入端582，並經由運算放大器OPA1與OPA2所組成之補償單元，自第四輸出端584產生補償電流電壓值CS，並且疊加至配合原本的驅動有機發光單元52的電流中，增加其電流/電壓值，使得次要有機發光單元52的照度因電壓/電流的改善，而達成一預定照度的輸出。

然而，熟悉該項技術領域者應當可以瞭解到，可根據上述的實施例，輕易思及到補償單元58可依據偵測單元56所測量得到的偵測訊號(電流/電壓訊號)，動態地調整對應的輸出補償電流/電壓值，進而達到預定照度的輸出。舉例而言，該預定照度的輸出可再根據一對應表，視偵測到不同的偵測訊號，分別根據該對應表，輸出一對應的補償電流/電壓值，例如可在補償單元之前，提供一多輸入的比較器或多輸入的電流/電壓判斷電路，用以判斷偵測單元所偵測到不同的電流/電壓訊號，並依照其判斷的訊號，輸出對應的補償電流/電壓值

值得注意的是，偵測單元56與補償單元58係為一額外連接的電路，且可主動透過偵測電路56的判斷，進而主動的再透過補償單元58補償次要有機發光單元52之電流/電壓值。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。

20．．．有機發光面光源

30、50．．．有機發光面光源系統

22．．．基板

14、24、432．．．有機發光單元

16．．．驅動電路

26．．．驅動單元

32．．．第一基板

34．．．主要有機發光單元

36．．．第二基板

366、58．．．補償單元

342、52．．．次要有機發光單元

362、54．．．驅動單元

364、56．．．偵測單元

3422、34216．．．基底

3424、34218．．．陽極

3426、34220．．．電洞傳輸層

3428．．．主發光層+黃光與紅光掺雜物

34210、34222．．．主發光層+藍光掺雜物

34212、34228‧‧‧電子傳輸層

34214、34230‧‧‧陰極

34224‧‧‧主發光層+綠光掺雜物

34226‧‧‧主發光層+紅光掺雜物

DS‧‧‧偵測訊號

CS‧‧‧補償電流電壓值

542‧‧‧第一控制元件

5422‧‧‧第一輸入端

5424‧‧‧第一輸出端

5426‧‧‧第一控制端

544‧‧‧第二控制元件

5442‧‧‧第二輸入端

5444‧‧‧第二輸出端

5446‧‧‧第二控制端

546‧‧‧電容器

562‧‧‧第三輸入端

564‧‧‧第三輸出端

566‧‧‧第三控制端

582‧‧‧第四輸入端

584‧‧‧第四輸出端

Vin1‧‧‧第一電源

Vin2‧‧‧第二電源

第一A圖係習知技術之有機發光面光源系統。

第一B圖係有機發光源之發光衰減示意圖。

第二A圖係有機發光面光源之示意圖。

第二B圖係有機發光面光源之示意圖。

第三A圖係有機發光面光源系統之示意圖。

第三B~三C圖係有機發光面光源之示意圖。

第四圖係說明第三A圖中主動補償式有機發光面光源系統的功能方塊圖。

第五圖係一實施例中主動補償式有機發光面光源系統之詳細電路圖。

30．．．有機發光面光源系統

32．．．第一基板

34．．．主要有機發光單元

342．．．次要有機發光單元

36．．．第二基板

362．．．驅動單元

364．．．偵測單元

366．．．補償單元

Claims (6)

1. 一種主動補償式的有機發光面光源系統，具有一有機發光單元，其包含：一驅動單元，用以提供該有機發光單元所需驅動之一電壓電流值，其包含：一第一控制元件，具有一第一輸入端、一第一輸出端及一第一控制端，該第一輸入端接收一第一電源之電流/電壓值，且該第一控制端接收一第二電源之電流/電壓值；一第二控制元件，具有一第二輸入端、一第二輸出端及一第二控制端，該第二控制端與該第一輸出端電性連接，且該第二輸入端與該有機發光單元電性連接；以及一電容器，設置在該第二控制端與該第二輸出端之間，用以儲存該第一電源之電流/電壓值；一偵測單元，具有一第三輸入端、一第三輸出端及一第三控制端，該第三控制端與該第二輸入端電性連接，該第三輸入端接收該第一電源之電流/電壓值，並且偵測該第二輸入端與該第二輸出端之間的一電流/電壓值，用以產生一偵測訊號；以及一補償單元，具有一第四輸入端及一第四輸出端，該第四輸入端與該第三輸出端電性連接，並且根據該偵測訊號來決定該第一電源之電流/電壓值，以透過該偵測單元輸入至該第四輸入端，使得該補償單元自該第四輸出端產生一補償電流/電壓值，用以補償該有機發光單元使其達成一預定照度的輸出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該第一控制元件、該第二控制元件及該偵測單元係為金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該有機發光顯示單元係具有複數個次要有機發光單元，並且該些次要有機發光單元以m×n矩陣的方式排列。
4. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中該些次要有機發光單元之至少其一係由一雙波段白光有機發光元件所組成。
5. 如申請專利範圍第3項所述之系統，其中該些次要有機發光單元之至少其一係由一三波段白光有機發光元件所組成。
6. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該補償單元係包含至少一運算放大器(OPA)。