TWI617218B - 利用用於大面積固態有機發光二極體之斜坡脈衝調變之電子驅動器減光控制 - Google Patents

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TWI617218B
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Abstract

本發明揭示一種用於驅動以對一有機LED或其他大面積固態光源供電的電子驅動器裝置及方法，其中一開關模式DC電流源根據一控制輸入而提供DC電流以驅動該光源，且一控制器對於一減光設定點信號或值之至少一些值提供一斜坡脈衝調變控制輸入至該電流源，以藉由控制該驅動電流之di/dt而減輕損害性電流尖波。

Description

利用用於大面積固態有機發光二極體之斜坡脈衝調變之電子驅動器減光控制
大面積固態照明器件，諸如有機發光二極體(OLED)對於照亮建築物、道路及在其他領域之照明應用以及多種招牌及光學顯示應用中變得愈來愈受歡迎。此等應用需要較長的使用壽命而無色彩偏移或流明降級，以在商業上可行。因此，仍然需要改良之OLED驅動器裝置及技術，用以經由減光能力控制一致之照明，同時減輕閃爍及器件過早降級以延長器件有效使用壽命。
本發明提供用於對OLED及其他大面積固態光源供電的驅動器及方法，其中一開關模式DC電流源根據一控制輸入而提供DC電流以驅動該光源，且一控制器對於一減光設定點信號或值之一範圍之全部或一部分提供一斜坡脈衝調變控制輸入至該電流源。該斜坡調變包括控制驅動電流位準之間的轉變，以限制器件電流之高變化率(di/dt)，以避免或減輕過早流明降級及色彩偏移。
提供一驅動器裝置，其包含：一開關模式DC電流源，其根據一控制輸入而提供電流以對一個或多個大面積固態光源供電；以及一控制器，其根據一設定點信號或值而將該控制輸入提供至該電流源。該控制器對於一設定點信號或值之至少一些值提供該控制輸入作為一斜坡脈衝調變波形。該調變波形包含兩個或更多個控制輸入值之間之轉變，其具有受控制之增加輪廓，該等增加輪廓具有在控制輸入值之間約100 μs或更多與約2 ms或更少之一上升時間值，且該調變波形亦包含受控制之減小輪廓，該等減小輪廓具有在控制輸入值之間約100 μs或更多與約2 ms或更少之一下降時間值。在一些實施例中，該上升時間值及該下降時間值相同，諸如在一些實施方案中為約1 ms。在其他實施例中，該上升時間值及該下降時間值不相等。該等增加及/或減小輪廓在一些實施例中係線性的。在某些實施例中，該增加輪廓及該減小輪廓之至少一者之全部或一部分係非線性的。在一些實施例中，該驅動器包含一回饋電路，其感測該光源電流且提供一回饋信號至該控制器，而該控制器至少部分根據該回饋信號而將該脈衝調變控制輸入提供至該電流源。此外，在某些實施例中，該控制器以約100 Hz至2000 Hz之一調變頻率而提供該脈衝調變控制輸入。
提供用於對至少一個大面積固態光源供電的一方法。該方法包含控制一開關模式DC電流源以根據一控制輸入而提供DC電流以對至少一個大面積固態光源供電。該方法進一步包含對於一設定點信號或值之至少一些值提供一脈衝調變控制輸入至該電流源作為一脈衝調變波形。該脈衝調變波形包含控制輸入值之間之轉變，其具有受控制之增加輪廓，該等增加輪廓具有在控制輸入值之間約100 μs或更多與約2 ms或更少之一上升時間值，且具有受控制之減少輪廓，該等減少輪廓具有在控制輸入值之間約100 μs或更多與約2 ms或更少之一下降時間值。在一些實施例中，該上升時間值及該下降時間值係約1 ms，且在某些實施例中，該上升時間值及該下降時間值不相等。該等輪廓之一者或兩者可為線性的，且該等增加及/或減小輪廓之全部或一部分可為非線性的。
在下文詳細之描述及圖式中闡明一個或多個例示性實施例。
現參考圖式，其中相同參考數字始終用於指相同元件，且其中多種特徵並不必要按比例繪製，且本發明係關於用於對大面積固態光源供電的電子驅動器及方法，該等電子驅動器及方法可與此等光源之各種類型及串聯/並聯組態一起使用。所揭示之概念可結合有機LED(OLED)光源或具有較大橫截面積之其他固態照明器件而利用。
首先參考圖1A、圖1B及圖2，在圖1A中繪示一電子驅動器裝置100，其用於對一個或多個大面積固態光源102供電，在此情況中該等大面積固態光源102係兩個面板之一並聯組合，每一面板包含用於照明應用的四個串聯耦接之4伏特、50毫安之OLED面板。該驅動器100包含一開關模式DC電流源130，其可操作以根據由一控制器140提供之一控制輸入144而提供DC電流至該光源102。在一實施例中，該DC源130係一開關模式DC至DC轉換器，其從一整流器110處接收輸入DC電力，該整流器轉換來自輸入終端104之輸入AC電力。該轉換器130提供DC電流，用於供能量給一個或多個大固態光源102(諸如OLED)。任意適當開關模式DC電源130可利用於該驅動器100中，該驅動器可在內部供電(例如，經由電池、太陽能電池等等)或其可藉由從一輸入供應轉換而產生DC輸出電力(例如，整流器110轉換在輸入104處接收之輸入AC電力)。該源130在輸出終端130a(+)及130b(-)處提供DC輸出電壓，且其可操作以供應DC電流至跨該等終端130a、130b而耦接之一負載，在此情況中該負載包含該等OLED面板102。該控制器140可為至少部分基於所接收之設定點142而提供一個或多個控制輸入144至該DC源130的一類比電路或一基於處理器的電路(例如，包含一微控制器、微處理器、邏輯電路等等)或其等之組合。該驅動器100提供輸出終端112a及112b以連接一個或多個大面積固態光源102，諸如一個或多個OLED，以在由該驅動器100提供電流時用於照明應用。
圖1B繪示另一例示性驅動器裝置100，其中該開關模式DC電流源130包含由來自該控制器140之一第一控制輸入144a控制之一降壓轉換器132a。在此實施例中，該DC至DC轉換器130亦包含由來自該控制器140之一第二控制輸入144b而操作之一輸出開關132b及一串聯扼流圈L。該輸出開關132b係可操作於一第一(「開啟」)狀態中以容許電流從該電源130流至該(該等)光源102，且可操作於一第二(「關閉」)狀態中以防止電流從該電源130流至該負載102。在一例示性操作形式中，該降壓轉換器132a根據圍繞該輸入144a的一調節迴路而操作，而該開關132b根據該第二控制輸入144b而操作。在此情況中，在減光操作期間，該控制器140選擇性經由該輸入144b而為該輸出開關132b提供該開關之斜坡脈衝調變控制，以驅動該等大面積固態光源。
在圖1A及圖1B之該驅動器裝置中可由回饋電路150產生一個或多個回饋信號152，該等回饋信號152在某些實施例中係被提供至該控制器140。在所繪示之實例中，一分流器件150容許感測流過該光源負載102之負載電流，並且提供一電流回饋信號152(IFB)至該控制器140。該控制器140可使用該回饋信號152以推斷或計算該光源102及/或該電源130之效能之一個或多個態樣，並且對該(該等)控制輸入144作出任何必要調整。
圖2提供展示該控制輸入144的一圖形200及展示對應例示性減光位準設定點值142的一對應圖形210。在一實例中，該控制器140對於一設定點信號或值142之至少一些值而實施該電流源130的選擇性脈衝寬度調變(PWM)控制，以控制圖1A之該驅動器裝置中之該DC電流源。在此例示性操作形式中，該控制器140將該控制輸入144作為100%輸出之一恆定值而提供至該源130，並且從一外部源(例如，從一使用者操作之壁減光器旋鈕或滑動控制)接收該減光設定點信號或值142。當該減光位準設定點142指示期望少於100%之光輸出時，該控制器140根據該設定點信號或值142而提供一脈衝調變控制輸入144至該電流源130。
當使用者將該減光設定點142改變至小於100%之額定功率(例如在圖形210中之t1處)，該控制器140以一調變週期TPWM調變該控制輸入144，以使每一週期TPWM之部分處於一第一電流位準(例如，在一實例中為100%，該轉換器132a提供100%之額定電流，且該開關132b「開啟」或關閉)提供，且使剩餘部分處於輸出電流IOUT之一第二位準(例如，開關132b「關閉」)。以此方式，該等OLED光源102係以小於100%之額定電流驅動，且光輸出被減光。在圖2中之t2處，進一步減小使用者選擇之減光位準142，且該控制器140利用藉由減小每一PWM週期TPWM之內的開啟時間之調變而調整脈衝，且該控制器140根據該設定點142藉由調整提供至該DC電流源130之脈衝調變控制輸入144而以類似方式操作以提供任意期望之減光位準。
在一些實施例中，該DC源130經控制以提供100%的額定電流而無脈衝調變，且對於一些較低減光位準範圍提供調變控制輸入144，且在其他實施例中，在0%至100%整個減光範圍內使用脈衝調變信號144，其中預期所有該等實施例對於一設定點信號或值142之至少一些值提供脈衝調變控制輸入144至該源130。在圖1A之實例中，該調變控制輸入144被提供為該源130的一設定點，其將該源130之輸出調節至該位準。在圖1B之實例中，將該轉換器132a調節至一單一DC電流位準，且將調變控制輸入144b提供至該輸出開關132b以選擇性地使轉換器輸出耦接至該OLED負載102/從該OLED負載102處斷開耦接。可使用任意形式之調變技術，包含(但不具限制性)脈衝寬度調變(PWM)、頻率調變(FM)、分時多工(TDM)等等。在某些實施例中，該控制器140對於該設定點信號或值142之至少一些值以約100 Hz或更大與約2 kHz或更小之一調變頻率將該脈衝調變控制輸入144提供至該電流源130。在此點上，該調變較佳係在大於約100 Hz之一頻率下執行，以避免或減輕在由該等OLED源102提供之光輸出中的使用者可感知之非期望之閃爍。此外，脈衝減光有利地避免線性減光技術通常經歷之色彩偏移，在該等線性減光技術中非調變DC電流位準經調整以調暗光輸出。另外，OLED器件102之脈衝減光消除當線性減光時器件之個別部分在其他部分之前關閉的問題。
此外，該控制器140對於一設定點信號或值142之至少一些值提供斜坡脈衝調變(RPM)信號144至該DC源130。在此點上，發明者已瞭解OLED類型及其他大面積固態照明器件102可具有實質電容，且進一步，此等器件102可在脈衝減光情形中在驅動電流位準之間的轉變期間易受過度電流突波。在沒有該控制器140所利用之新穎RPM驅動技術情況下，由於該電容性負載102，該驅動電流IOUT之快速變化可能導致一較高電流尖波(包含電流過衝(overshoot)及下衝(undershoot)情形)。此等過度電流轉變(在輸出112處較高的di/dt)可藉由使有機界面解離而使該OLED 102降級，導致操作壽命減小、流明降級、色彩偏移及/或器件過早失效。因此，雖然調變減光本身幫助抗擊色彩偏移，較大電容對於傳統脈衝減光方法之每一開啟及關閉循環引起電流上之一尖波。此可損害該器件102，且導致極差之流明降落、色彩偏移，且最終導致器件失效。由該控制器140提供之該RPM減光容許0%至100%之減光能力，同時在不使器件過早降級之前提下在所有光位準上維持色彩均勻性。RPM容許在大面積OLED器件中使用所有脈衝調變方法，以獲得此等優點而無通常由傳統脈衝方法引起之損害。
斜坡脈衝調變(RPM)對於該脈衝調變減光之每一切換循環有利地控制dv/dt及所得之di/dt，且其可與任意形式之脈衝調變一起使用。在此點上，該控制器140獨立於調變方法而控制位準之間每一轉變(每一切換事件)之斜坡上升及斜坡下降時間(在下文圖3A至圖3H中之tup、tdown)。在一些實施例中，使用一梯形調變形狀，其中在兩個方向上的轉變時間係維持於約1 ms，但可使用其他形式之波形、轉變輪廓等等，其中該等轉變時間經控制為在約100 μs與2 ms之內。以此方式，該控制器140限制由該等OLED器件102所經歷之di/dt，且因此控制藉由嘗試快速改變電壓而誘發之電流尖波大小。在此點上，習知脈衝調變努力主要著重於代替地最小化該轉變時間，以最佳化該DC源130的效率。另一方面，本發明之該控制器140主動對該驅動電流IOUT之上升及下降時間加強限制，以減輕上文提及之OLED降級、色彩偏移，可感知閃爍等等問題。實際上，該控制器140可藉由該控制輸入144使用任意適當波形以限制dv/dt及所得之di/dt，諸如線性轉變、非線性轉變、指數或對數曲線轉變、s曲線轉變等等而達成此等目的。此外，該控制器140之數位實施方案可在該控制輸入144中提供離散步階以在狀態間轉變，較佳地具有足夠持續時間之一足夠大數目之離散位準，使得最終結果係狀態緩慢變化類比轉變之一精密近似。
亦參考圖3A至圖3H，該開關模式DC電流源130之該脈衝調變控制提供在該減光位準設定點142之範圍之全部或至少一部分上由該控制器140實施之斜坡脈衝調變。在此點上，該控制器140提供該控制輸入144作為一脈衝調變波形，該脈衝調變波形具有在至少兩個控制輸入值之間的轉變，其具有受控制之增加(上升)輪廓，該等增加(上升)輪廓具有在控制輸入值之間約100 μs或更多與約2 ms或更少之一上升時間值tup，且具有受控制之減小(下降)輪廓，該等減小(下降)輪廓具有在控制輸入值之間約100 μs或更多與約2 ms或更少之一下降時間值tdown。在一些實施例中，該上升時間值tup及該下降時間值tdown係相同的，例如，該上升時間值tup及該下降時間值tdown在1 ms之約+/-2%之內。在其他實施例中，該上升時間值tup及該下降時間值tdown不相等，其中在一些情況中該上升時間值tup可比該下降時間值tdown長，且在其他實例中該上升時間值tup比該下降時間值tdown短。此外，在一些實施例中，該增加輪廓及該減小輪廓之一者或兩者可為線性的(例如，大體上作為時間之一函數之直接轉變)，且在其他實施例中，該增加輪廓及該減小輪廓之一者或兩者之至少一部分係非線性的。
圖3A至圖3H提供上述驅動器100中可能之斜坡脈衝調變之許多非詳盡實例，其中該等實例係對於該減光位準設定點142之一些非100%的值而展示。圖3A至圖3C分別提供圖形300、310及320，其等展示作為時間之一函數的一驅動器輸出電流(IOUT)曲線302、312及322，其中該控制器140調變該降壓轉換器控制輸入或一輸出開關132b，以產生在一第一電流位準I1與一第二較低位準I2之間變化而具有在約100 μs與2 ms之間大體上相等持續時間tup及tdown之線性上升及下降轉變之一輸出電流。在此等實例中該等調變技術可在一個或兩個位準I1及I2上提供非零停留時間，然而此並非為一嚴格需求，其中一個或兩個位準可包括零停留時間(例如，圖3C)，且其中該等停留時間可根據該減光設定點142之值而變化。此外，上部及下部電流位準I1及I2可(但並非必需)對應於該源130之0%及100%之輸出位準。
圖3D及圖3E中之圖形330及340繪示波形輸出曲線332及342具有不相等上升及下降持續時間tup及tdown的實例。此外，如圖3F之圖形350中所展示，彎曲斜坡調變波形352可包括轉變至任意數目之不同電流位準I1至I4及從任意數目之不同電流位準I1至I4轉變。
其他例示性實施例展示於圖3G及圖3H之圖形360及370中，其中可使用指數、對數及/或s形之轉變輪廓，較佳地在接近轉變結束處具有平滑(即，較低di/dt)部分，以減緩電流過衝及/或下衝，其中該等轉變可(但並非必需)包含線性部分，且其中該等轉變時間tup及tdown可(但並非必需)為相等的。例如在圖3G中之曲線362提供具有對數輪廓之上升及下降轉變，其中在轉變結束處變化率減小。在圖3H中之曲線372包含s形之上升及下降轉變輪廓，其中所繪示之調變位準/技術在該等第一及第二電流位準I1及I2上包含非零停留時間，其中其他實例(或相同實施例之其他調變位準)不需要在一個或兩個位準I1及I2上具有非零停留時間，使得調變可變得整個或部分地成正弦。
上文之實例僅為本發明之多種態樣之許多可行實施例之例示，其中在熟習此項技術者閱讀及理解此說明書及附加圖式時將瞭解等效變更及/或修改。特別關於由上文描述之組件(總成、器件、系統、電路及類似物)執行之多種功能，除非另有指示，用於描述此等組件的術語(包含參考「構件」)意欲對應於執行所描述之組件之特定功能(即，在功能上等效)的任意組件，諸如硬體、軟體或其等之組合，即使其等在結構上並不等效於執行本發明所繪示之實施方案中的功能的所揭示結構。另外，儘管可能已參考許多實施方案之僅一者而繪示及/或描述本發明之一特定特徵，但是如可能期望的及有利於任意給定或特定應用，此特徵可與其他實施方案之一個或多個其他特徵組合。此外，除非另有說明，參考單數組件或項目意欲涵蓋兩個或更多個此等組件或項目。另外，就術語「包含(「including」、「includes」)」、「具有(「having」、「has」、「with」)」或其等之變體使用於實施方式中及/或申請專利範圍中來說，此等術語意欲以類似於術語「包括」之一方式具包含性。本發明已參考較佳之實施例而予以描述。顯然，其他人在閱讀及理解前述詳細描述時將瞭解修改及變更。本發明意欲解釋為包含所有此等修改及變更。
100．．．驅動器裝置
102．．．光源
104．．．輸入
110．．．整流器
112a、112b．．．輸出
130．．．DC電流源
130a、130b．．．終端
132a．．．降壓轉換器
132b．．．輸出開關
140．．．控制器
142．．．調光位準設定點
144．．．控制輸入
150．．．回饋電路
152．．．回饋信號
200．．．圖形
210．．．圖形
332、342．．．波形輸出曲線
352．．．彎曲斜坡調變波形
362．．．曲線
圖1A係繪示一驅動器裝置之一示意圖，該驅動器裝置具有一開關模式DC電流源及提供斜坡脈衝調變控制的一控制器以用於驅動大面積固態光源；
圖1B係繪示另一例示性驅動器裝置之一示意圖，該驅動器裝置具有包含一降壓轉換器及一輸出開關的一開關模式DC電流源，以及一控制器，其為該開關提供斜坡脈衝調變控制，以驅動大面積固態光源；
圖2係展示用於控制圖1A及圖1B之該驅動器裝置中之該DC電流源的對應減光位準設定點值及選擇性調變控制輸入的一圖形；及
圖3A至圖3H係繪示圖1A及圖1B之該驅動器裝置之減光操作中的例示性斜坡脈衝調變驅動器電流的圖形。
100．．．驅動器裝置
102．．．光源
104．．．輸入
110．．．整流器
112a、112b．．．輸出
130．．．DC電流源
130a、130b．．．終端
140．．．控制器
142．．．調光位準設定點
144．．．控制輸入
150．．．回饋電路
152．．．回饋信號

Claims (10)

  1. 一種用於對一個或多個大面積有機固態光源供電的電子驅動器裝置，該電子驅動器裝置包括：一DC電流源，其可操作以根據一控制輸入而提供DC電流以對至少一個大面積有機固態光源供電；一控制器，其接收用於指示該至少一個大面積有機固態光源之一期望亮度(brightness)位準的一連續(continuous)減光位準設定點信號或值，該控制器對於該連續減光位準設定點信號或值之至少一些值可操作以根據該連續減光位準設定點信號或值而提供一脈衝調變控制輸入至該DC電流源，該脈衝調變控制輸入係由該控制器所提供而作為一脈衝調變波形，該脈衝調變波形具有在一第一複數個脈衝寬度調變週期之每一者中在至少兩個控制輸入值之間之週期性轉變(periodic transitions)，其中該等週期性轉變之各者具有多個受控制之增加輪廓之一個別增加輪廓及多個受控制之減小輪廓之一個別減小輪廓，該等多個受控制之增加輪廓具有在該等控制輸入值之間約100μs或更多與約2ms或更少之一上升時間值，該等多個受控制之減小輪廓具有在該等控制輸入值之間約100μs或更多與約2ms或更少之一下降時間值，以在至少一個大面積有機固態光源中減緩大突波電流，且其中在包含一第二複數個脈衝寬度調變週期的一時間週期期間，該連續減光位準設定點信號或值實質上係恆定的。
  2. 如請求項1之電子驅動器裝置，其中該上升時間值及該下降時間值相同。
  3. 如請求項2之電子驅動器裝置，其中該上升時間值及該下降時間值係約1ms。
  4. 如請求項1之電子驅動器裝置，其中該上升時間值及該下降時間值不相等。
  5. 如請求項1之電子驅動器裝置，其中該控制器對於該連續減光位準設定點信號或值之至少一些值以約100Hz或更大與約2kHz或更小的一調變頻率將該脈衝調變控制輸入提供至該DC電流源。
  6. 如請求項1之電子驅動器裝置，其中該等多個受控制之增加輪廓及該等多個受控制之減小輪廓之至少一者係線性的。
  7. 如請求項1之電子驅動器裝置，其中該等多個受控制之增加輪廓及該等多個受控制之減小輪廓之至少一者之至少一部分係非線性的。
  8. 一種對至少一個大面積有機固態光源供電之方法，該方法包括：控制一DC電流源以根據一控制輸入提供DC電流，以對至少一個大面積有機固態光源供電；接收用於指示該至少一個大面積有機固態光源之一期望亮度位準的一連續減光位準設定點信號或值；對於該連續減光位準設定點信號或值之至少一些值，根據該連續減光位準設定點信號或值而提供一脈衝調變 控制輸入至該DC電流源作為一脈衝調變波形，該脈衝調變波形具有在一第一複數個脈衝寬度調變週期之每一者中在至少兩個控制輸入值之間之週期性轉變，其中該等週期性轉變之各者具有多個受控制之增加輪廓之一個別增加輪廓及多個受控制之減小輪廓之一個別減小輪廓，該等多個受控制之增加輪廓具有在該等控制輸入值之間約100μs或更多與約2ms或更少之一上升時間值，該等多個受控制之減小輪廓具有在該等控制輸入值之間約100μs或更多與約2ms或更少之一下降時間值，以在至少一個大面積有機固態光源中減緩大突波電流，且其中在包含一第二複數個脈衝寬度調變週期的一時間週期期間，該連續減光位準設定點信號或值實質上係恆定的。
  9. 如請求項8之方法，其中該上升時間值及該下降時間值係約1ms。
  10. 如請求項8之方法，其中該等多個受控制之增加輪廓及該等多個受控制之減小輪廓之至少一者之至少一部分係非線性的。
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