TWI444085B - 有機發光二極體配置 - Google Patents

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TWI444085B
TWI444085B TW097102240A TW97102240A TWI444085B TW I444085 B TWI444085 B TW I444085B TW 097102240 A TW097102240 A TW 097102240A TW 97102240 A TW97102240 A TW 97102240A TW I444085 B TWI444085 B TW I444085B
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Dirk Hente
Joseph Hendrik Anna Maria Jacobs
Conrad Wilhelmus Adriaan Verjans
Eberhard Waffenschmidt
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Koninkl Philips Electronics Nv
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Description

有機發光二極體配置
本發明係關於一種有機發光二極體配置，且亦係關於一種包括此類有機發光二極體配置的裝置。
有機發光裝置係在開啟時代表低阻抗連接之高電容配置。例如，WO2005015640揭示欲在高電壓情況下驅動的一有機發光二極體裝置。然而，當開啟時，高突入電流可能會損壞該有機發光二極體裝置。
本發明之一目標係提供一有機發光二極體配置，其包括針對開啟之影響的保護。
另外，藉由包括一電路來定義該有機發光二極體配置，該電路用於在繼一開啟後之一第一時間間隔期間比在繼該第一時間間隔後之一第二時間間隔期間多限制流過該有機發光二極體配置的電流。
在繼該開啟後的該第一時間間隔期間用於限制透過該有機發光二極體配置的該電流之該電路形成針對一開啟之影響的保護。由於一有機發光二極體配置係在得以開啟時代表低阻抗連接之高電容配置之事實，所以具有太高值的突入電流可能會損壞該有機發光二極體配置。藉由限制突入電流，可預防自突入電流的任何損壞。事實上，由於該保護係主要在必要時提供且在不必要時減少之事實，所以該電路在該第一時間間隔期間比在繼該第一時間間隔後之該 第二時間間隔期間多限制流過該有機發光二極體配置的電流之事實會產生受保護的有機發光二極體配置之可接受的效率。
換言之，在該第一時間間隔期間，依據一第一限制來限制流過該有機發光二極體配置的電流；而且在該第二時間間隔期間依據一第二限制來限制流過該有機發光二極體配置的電流，該第二限制比該第一限制產生較小的衝擊或根本不產生限制及/或根本不產生衝擊。
藉由包括一被動電路之電路來定義該有機發光二極體配置之一具體實施例。通常而言，一被動電路不必加以控制且因此係相對較簡單。
藉由包括一負溫度係數電阻器之電路來定義該有機發光二極體配置之一具體實施例。一負溫度係數電阻器在溫度較低時具有相對較大電阻值而且在加熱時具有相對較小電阻值。
藉由包括一串聯電感器之電路來定義該有機發光二極體配置之一具體實施例。一串聯電感器在電流開始流經此電感器時具有相對較大阻抗值而且在該電流已暫時流經此電感器且係僅在緩慢地改變時具有相對較小阻抗值。與一負溫度係數電阻器相比，一電感器不必加以重設而且在一理想情形下並不消耗任何功率。基於整流目的，一飛輪二極體(freewheel diode)可與該串聯電感器串聯耦合且與一可切換直流電源並聯耦合，以避免在關閉直流電源時出現較大電壓尖峰。在使用具有一整流器電橋之一可切換交流電 源情況下，該整流器電橋處理整流。
藉由為一層狀配置的有機發光二極體配置來定義該有機發光二極體配置之一具體實施例，該層狀配置包括具有一有機發光二極體之一第一層以及具有該串聯電感器之一第二層。該串聯電感器可以係(例如)一撓曲箔上的一螺旋形電感器。可藉由將該撓曲箔夾在次鐵磁物及/或鎳鐵高導磁合金(mu-metal，簡稱為mu金屬)的各層之間來達到較高阻抗值。
藉由包括一主動電路之電路來定義該有機發光二極體配置之一具體實施例。通常而言，一主動電路執行切換功能。與一被動電路相比，一主動電路可以係較精確。
藉由包括一可切換電阻器的電路來定義該有機發光二極體配置之一具體實施例，該可切換電阻器在該第一時間間隔期間不進行橋接而且在該第二時間間隔期間進行橋接。可(例如)藉由受一時序電路及一臨界偵測器控制的一電晶體或一閘流體或一雙向整流器或一繼電器等來實現該橋接。
藉由包括一可切換電阻器之電路來定義該有機發光二極體配置之一具體實施例，該可切換電阻器進行橋接以回應偵測超過一臨限值的該電流之一值。可(例如)藉由受一電流偵測器及一臨界偵測器控制的一電晶體或一閘流體或一雙向整流器或一繼電器等來實現該橋接。
藉由形成一轉換器之部分的電路來定義該有機發光二極體配置之一具體實施例，該轉換器加以控制以回應偵測該 電流之一值。該轉換器可以係(例如)受一電流偵測器控制的直流至直流轉換器或交流至直流轉換器。
可洞察到一有機發光二極體配置係在開啟時代表較低阻抗連接之高電容配置。基本概念係，流過該有機發光二極體配置的電流應該在開啟之後加以限制，直至該電流之一值已足夠減小。
解決提供包括針對開啟之影響的保護之一有機發光二極體配置的問題。該有機發光二極體配置具有另外的益處，因為受保護的有機發光二極體配置具有可接受的效率。
本發明之此等及其他方面將參考此後說明的具體實施例加以闡明並為人所明白。
圖1所示的有機發光二極體10係與一電源u、i耦合，該電源用於經由在時間t=0情況下關閉的開關S來產生電壓u及電流i。
圖2所示的有機發光二極體10之等效電路20包括與一電容器23並聯耦合的一個二極體21。並聯的二極體21及電容器23係與一電阻器22串聯耦合。
圖3所示的依據本發明之裝置100包括依據本發明之一第一有機發光二極體配置1。此第一有機發光二極體配置1包括經由一負溫度係數電阻器31與圖1所示的電源u、i及開關S耦合之等效電路20。
圖4所示的依據本發明之裝置100包括依據本發明之一第二有機發光二極體配置1。此第二有機發光二極體配置1包 括經由一串聯電感器32與圖1所示的電源u、i及開關S耦合之等效電路20。在圖4-1中，該電源係一可切換直流電源，因此一飛輪二極體40可能基於整流目的而需要與該可切換直流電源並聯耦合，以避免在關閉該直流電源時出現較大電壓尖峰。在圖4-2中，該電源係具有一整流器電橋41的一可切換交流電源，在此情況下，整流器電橋41處理整流。一整流器電橋(例如)包括至少一個二極體且通常包括兩個或兩個以上二極體，例如四個二極體。
電源u、i及/或開關S可形成裝置100之部分或可以不形成該部分，並且可形成有機發光二極體配置1之部分或可以不形成該部分。事實上，在該電源係與(例如)一整流器電橋組合之交流電源的情況下，至少該交流電源一般不形成該裝置及該配置之部分。負溫度係數電阻器31及串聯電感器32係一電路31-32之範例，該電路用於在繼一開啟後的一第一時間間隔期間比在繼該第一時間間隔後之一第二時間間隔期間更多限制流過該有機發光二極體配置1的電流。實務上，在一有機發光二極體配置1中，兩個或兩個以上有機發光二極體可加以串聯及/或並聯耦合，而且可使用單一發光塊或多個發光塊。
對於次臨界(次極端)、臨界及超臨界情形(最極端)的串聯共振RLC電路之電流係在圖5中顯示為與時間成函數關係(以μs為單位)。
以U0 /R為單位的尖峰突入電流係在圖6中顯示為與串聯電感器之值成函數關係(1/R * sqrt(L/C))。
圖7顯示一有機發光二極體10之等效電路20與一電感器32之整合。在此情況下，有機發光二極體配置1係一層狀配置，其包括具有一有機發光二極體10(之等效電路20)的一第一層以及具有串聯電感器32的一第二層。串聯電感器32可以係(例如)一撓曲箔上的一螺旋形電感器。可藉由將該撓曲箔夾在次鐵磁物及/或mu金屬之層51與52之間來達到較高阻抗值。
圖8所示的依據本發明之裝置100包括依據本發明之一第三有機發光二極體配置1。此第三有機發光二極體配置1包括經由一可切換電阻器33與圖1所示的電源u、i及開關S耦合的等效電路20，該可切換電阻器在該第一時間間隔期間不進行橋接而且在該第二時間間隔期間進行橋接。
圖9所示的依據本發明之裝置100包括依據本發明之一第四有機發光二極體配置1。此第四有機發光二極體配置1包括經由一可切換電阻器34與圖1所示的電源u、i及開關S耦合的等效電路20，該可切換電阻器進行橋接以回應偵測超過一臨限值的該電流之一值。另外，可使用用於偵測橫跨等效電路20或配置1的電壓之一電壓偵測器61及/或可使用用於偵測流經等效電路20或配置1的電流之一電流偵測器62。電流偵測器62給定該電流之一值的直接指示，電壓偵測器61給定此值的間接指示。
圖10所示的依據本發明之裝置100包括依據本發明之一第五有機發光二極體配置1。此第五有機發光二極體配置1包括經由一轉換器63與圖1所示的電源u、i及開關S耦合的 等效電路20，該轉換器加以控制以回應偵測該電流之一值。另外，可使用用於偵測流經等效電路20可配置1的電流之一電流偵測器64。轉換器63(例如)包括用於控制一或多個開關的一先前技術脈寬調變器並且(例如)另外包括用於將該電流與一參考電流比較的一比較器36以及用於支配該調變器以回應一比較結果的一閘(gate)35。
圖11顯示一直流驅動有機發光二極體按短時間比例(毫秒範圍)之突入電流(A顯示所開啟的電壓，B顯示無限制的突入電流，C顯示受一負溫度係數電阻器限制的突入電流，以及D顯示受一串聯電感器限制的突入電流)。
圖12顯示一直流驅動有機發光二極體按長時間比例(秒範圍)之突入電流(A顯示所開啟的電壓，B顯示無限制的突入電流，C顯示受一負溫度係數電阻器限制的突入電流，以及D顯示受一串聯電感器限制的突入電流)。
圖13顯示與時間(毫秒範圍)成函數關係的一交流驅動有機發光二極體之突入電流(A顯示地無限制的突入電流，B顯示受一負溫度係數電阻器限制的突入電流，以及C顯示受一串聯電感器限制的突入電流)。
圖14針對由I指示的關閉情形且針對由II指示的開啟情形而顯示與時間T成函數關係的依據本發明之不同有機發光二極體配置的電壓及電流(A顯示橫跨先前技術配置的電壓，B顯示橫跨具有一負溫度係數電阻器之一配置的電壓，C顯示橫跨具有一串聯電感器之一配置的電壓，D顯示透過一先前技術配置的電流，E顯示透過具有一負溫度 係數電阻器之一配置的電流，以及F顯示透過具有一串聯電感器之一配置的電流)。
換言之，有機發光二極體配置1包括一電路31-36，該電路用於在繼一開啟後之一第一時間間隔期間比在繼該第一時間間隔後之一第二時間間隔期間多限制流過該有機發光二極體配置1的電流。此電路31-36可以係一被動電路31-32或一主動電路33-36。
被動突入電路限制可能適合於其中直接由電力線驅動有機發光二極體配置1的離線應用。一單一有機發光二極體(OLED)具有小正向電壓且因此可能必需串聯連接n個二極體以與電力線電壓之尖峰值匹配。在此情況下，可避免額外功率轉換器之使用以減少成本。因此需要將低成本解決辦法應用於突入電流限制。
可如下決定開啟期間的一最大電流，因此假定串聯連接n個OLED而且具有足夠精度的OLED之一等效電路由一氧化銦錫(ITO)電阻R、一內部自電容C以及一OLED電流-電壓特性i=i(u)組成，亦參見圖1及2。開啟期間的最大電流Ipk因此係Ipk=Uo/R。
現在揭示一簡單範例以量化一般說明之典型的OLED之突入電流的大小，因此假定所需光輸出LO=2000 lm，發光區域的總面積Ftotal=1m2 ，以及直流輸入電壓Uo=311V。
單一OLED係(例如)藉由電流效率Ieff=40cd/A、具有正向電壓Uf=3V的二極體特性i=i(u)=a*(u-Uf)2 、ITO電阻R=0.5Ω、內部自電容C=200pF/mm2 、以及增益a=0.5 A/(V*mm)2 定義。
假定朗伯(Lambertian)特性的發光強度可以係Lolamb=LO/pi=636.62Cd。可藉由n=Uo/Uf(n=103)來估計串聯連接的OLED之數目n。單一OLED發光塊的總電流可以係I=Lolamb/Ieff=15.9A。n個OLED發光塊的串聯連接之電流可以係：Inom=I/n=0.154A。開啟期間的突入電流因此給定為：Iinrush=Uo/(n*R)=6.2A。此值係比標稱電流高6.2/0.16=39倍。圖11及12顯示準確的暫態行為。其清楚地實證在開啟t=0情況下的巨大暫態尖峰。
此高電流可能會嚴重地影響主動電流路徑中的所有組件，例如熔絲、開關及OLED本身。該情形對於交流驅動OLED而言係相似的，計算係甚複雜除外。圖13顯示在藉由具有一有效電壓Ueff=220V之正弦輸入電壓來驅動OLED時的電流波形。在數量上沒有任何改變；另外，在開啟期間存在大輸入電流。在t=0時出現的最大電壓係最大輸入電壓。
一熱或負溫度係數(NTC)電阻器可用作一電流限制器，亦參見圖3。與簡單歐姆電阻器相比，NTC具有在正常運轉期間損失減少的優點。可利用下列事實：NTC之電阻因較高溫度而減小。在OLED未使用時，NTC係處於具有標稱值R1的環境溫度T1。在開啟OLED時，電流受NTC電阻R1以及所有OLED發光塊之串聯電路的限制：n*R+R1。在得以開啟之後，NTC自我加熱並且電阻在溫度T2情況下降落至R2。設計者之一目標可以係選擇NTC之正確特性以致 在開啟期間突入電流係足夠低，同時為正常運轉，增加的損失應該係較小。
雖然NTC之使用係相當簡單且便宜，但是其可能具有增加的損失仍係較嚴重且無法加以避免之缺點。由於材料特性，大電阻變化會導致過高的NTC溫度。然而，一主要缺點可能係NTC並非可重設的，即一旦其已加熱，則電流限制功能會失去。通常花費數秒鐘或分鐘，直至NTC已足夠冷卻以在另一開啟循環內限制電流。
一串聯電感器可用作一電流限制器，亦參見圖4。藉由將電感器串聯至OLED發光塊，可有力地減少NTC方法之缺點。可藉由忽視開啟期間的非傳導OLED之一簡單串聯共振網路來說明具有一串聯電感器之OLED。獲得的電流已從本文為人所熟知。圖5顯示電流回應，其中定性行為取決於說明的網路等式之特徵值λ1、λ2。該等特徵值係由分量值完全定義：
開啟之後的電流之尖峰值係
對於臨界情況λ1=λ2而言，ipk之等式簡化為：
該串聯電感器之設計主要係由電流之所需抑制因數決定。若將尖峰電流正規化為Uo/R，即無限制器的電流，則可從圖6中的圖表讀取串聯電感，其中Zo表示定義為Zo=sqrt(L/C)的特性阻抗，其中L表示增加的串聯電感而且C代表可近似為：C=Ctile/n的n個OLED發光塊之自電容。對於大電感值而言，抑制因數之關係變為線性關係：
即對於較高特性阻抗而言，抑制因數係較高。
第一設計目標可以係Inom=Ipk，即開啟之後的尖峰振盪電流對應於穩定狀態運轉期間的標稱電流。在Inom=I/n且Ipk=U.o/Zo情況下，可得出：I/n=Uo/Zo或Zo=n*Uo/I。觀察Zo=sqrt(L/C)，將比率決定為：L/C：L/C=(n*Uo/I)2 ，其中L表示所有串聯之OLED的總電感。每一發光塊的電感因此係：Ltile=L/n。使用自以上說明的直流範例，在I=15.9A，Ftile=Ftotal/n=97cm2 ，C=200pF/mm2 *Ftile/n=20nF情況下，總串聯電感係每一發光塊L=82mH或82mH/n=0.8mH。此區域係大到足以整合OLED基板上的電感器。
圖7顯示一範例，其中將串聯電感實現為撓曲箔上的螺 旋形電感器。撓曲箔可直接黏合在OLED基板上。為獲得較高電感值，可能必需將撓曲箔指示器與塑膠次鐵磁物及/或mu金屬箔之額外層組合。可藉由將撓曲箔夾在次鐵磁物及/或mu金屬的各層之間來達到最大電感值。在必要情況下，甚至可使用多層結構。採用此方式整合該電感器會保持OLED裝置的形狀因數，即，其保持為極平坦。利用線繞電感器當然可行，但是通常會增加OLED裝置的厚度。
應該注意，為進行關閉，可能需要OLED電流之整流路徑。該電感器即使在關閉該開關時仍加強特定電流。若缺少一整流路徑，則結果可能係橫跨該開關的巨大電壓尖峰。是否需要額外組件來實現整流路徑取決於佈局。在採用單一(例如機械式)開啟/關閉式開關將OLED直接與直流電源連接的可切換直流電源情況下，不存在整流路徑。對於此情形，可能需要額外組件。一種選項可以係使用與OLED配置之輸入並聯的(飛輪)二極體，如圖4-1所示。在將一電橋整流器用於驅動OLED之如圖4-2所示的可切換交流電源情況下，不需要額外組件，因為在關閉狀態中，該電橋整流器本身可用作一整流路徑。
由利用一切換元件來定義主動突入電流限制。此切換元件可加以啟動或停用以限制電流或使電流旁通，從而限制元件進行正常運轉。圖8至10顯示各種範例。圖10顯示一特殊情況，其中將直流/直流轉換器之內部開關用作一限制器，即當流過OLED的電流超過預定義值時停用該開關，否則啟用該開關以進行正常運轉。
概述而言，有機發光二極體配置1具有電路31-36以在繼一開啟後之一第一時間間隔期間較多地限制透過有機發光二極體配置1的電流而且用於在繼該第一時間間隔後之一第二時間間隔期間較少地限制該電流，從而保護該等配置不受一開啟之影響。電路31-36可以係被動電路，例如一負溫度係數電阻器31或一串聯電感器32；或者可以係主動電路，例如在該第一時間間隔期間不進行橋接而且在該第二時間間隔期間橋接的一可切換電阻器33，或進行橋接以回應偵測超過一臨限值的該電流之一值的一可切換電阻器，或例如加以控制以回應偵測該電流之一值的一轉換器63之一部分。
雖然已在圖式及前述說明中詳細解說並說明本發明，但是此類解說及說明應視為具解說性或示範性而非具限制意性；本發明並不限於所揭示的具體實施例。熟習技術人士在從圖式、揭示內容及隨附申請專利範圍之研究而實施所主張的發明中可瞭解並實現所揭示的具體實施例之其他變化。在申請專利範圍中，辭彙"包括"並不排除其他元件或步驟，而且不定冠詞"一"或"一個"並不排除複數個。單一處理器或另一單元可完成申請專利範圍中敍述的若干請求項之功能。無法突出優點地使用在相不相同的獨立請求項中敍述的某些度量並不指示此等度量之組合的唯一事實。一電腦程式可加以儲存/分配在一適當媒體(例如與另一硬體一起加以供應或作為該硬體之一部分的光學儲存媒體或固態媒體)中，但是亦可採用其他形式(例如經由網際網路 或其他有線或無線電信系統)加以分配。申請專利範圍中的任何參考符號均不應視為限制該範疇。
1‧‧‧發光二極體配置
10‧‧‧有機發光二極體
20‧‧‧有機發光二極體
21‧‧‧二極體
22‧‧‧電阻器
23‧‧‧電容器
31‧‧‧負溫度係數電阻器
31-32‧‧‧被動電路
31-36‧‧‧電路
32‧‧‧串聯電感器
33‧‧‧可切換電阻器
33-36‧‧‧主動電路
34‧‧‧可切換電阻器
35‧‧‧閘
36‧‧‧比較器
40‧‧‧飛輪二極體
41‧‧‧整流器電橋
51‧‧‧層
52‧‧‧層
61‧‧‧電壓偵測器
62‧‧‧電流偵測器
63‧‧‧轉換器
64‧‧‧電流偵測器
100‧‧‧裝置
S‧‧‧開關
在圖式中：圖1顯示與一電源耦合的一有機發光二極體，圖2顯示一有機發光二極體之一等效電路，圖3顯示依據本發明之一裝置，其包括依據本發明之一第一有機發光二極體配置，圖4顯示依據本發明之一裝置，其包括依據本發明且與一直流電源(圖4-1)及一交流電源(圖4-2)耦合之一第二有機發光二極體配置，圖5顯示對於次臨界、臨界及超臨界情形的一串聯共振RLC電路之電流，圖6顯示一尖峰突入電流對一串聯電感器，圖7顯示一有機發光二極體與一電感器之一整合，圖8顯示依據本發明之一裝置，其包括依據本發明之一第三有機發光二極體配置，圖9顯示依據本發明之一裝置，其包括依據本發明之一第四有機發光二極體配置，圖10顯示依據本發明之一裝置，其包括依據本發明之一第五有機發光二極體配置，圖11顯示一直流驅動有機發光二極體按短時間比例之一突入電流，圖12顯示一直流驅動有機發光二極體按長時間比例之一 突入電流，圖13顯示一交流驅動有機發光二極體之一突入電流，以及圖14顯示不同有機發光二極體配置之電壓及電流。
1‧‧‧發光二極體配置
20‧‧‧有機發光二極體
21‧‧‧二極體
22‧‧‧電阻器
23‧‧‧電容器
32‧‧‧串聯電感器
40‧‧‧飛輪二極體
100‧‧‧裝置
S‧‧‧開關

Claims (8)

  1. 一種有機發光二極體器件(1)，其包括一電路(31至36)，該電路用於在繼一開啟後之一第一時間間隔期間，比在繼該第一時間間隔後之一第二時間間隔期間多限制流過該有機發光二極體器件(1)的電流，其中該電路包含一主動電路，其包括一可切換電阻器(33)，該可切換電阻器在該第一時間間隔期間不進行橋接而且在該第二時間間隔期間進行橋接。
  2. 如請求項1之有機發光二極體器件(1)，該電路(31至36)包括一被動電路(31至32)。
  3. 如請求項2之有機發光二極體器件(1)，該電路(31至32)包括一負溫度係數電阻器(31)。
  4. 如請求項2之有機發光二極體器件(1)，該電路(31至32)包括一串聯電感器(32)。
  5. 如請求項4之有機發光二極體器件(1)，該有機發光二極體器件(1)係一層狀配置，其包括具有一有機發光二極體(20)之一第一層以及具有該串聯電感器(32)之一第二層。
  6. 如請求項1之有機發光二極體器件(1)，該電路(33至36)包括進行橋接以回應偵測超過一臨限值的該電流之一值的一可切換電阻器(34)。
  7. 如請求項1之有機發光二極體器件(1)，該電路(35至36)形成被控制以回應偵測該電流之一值的一轉換器(63)之部分。
  8. 一種發光裝置(100)，其包括如請求項1之有機發光二極體器件(1)。
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