WO2017021272A1 - Verfahren zum erkennen eines kurzschlusses einer organischen leuchtdiode eines leuchtdiodenstrangs und leuchtdiodenanordnung - Google Patents

Verfahren zum erkennen eines kurzschlusses einer organischen leuchtdiode eines leuchtdiodenstrangs und leuchtdiodenanordnung Download PDF

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Kilian REGAU
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Osram Oled GmbH
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    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting a
  • Light-emitting diode string and a light-emitting diode array are Light-emitting diode string and a light-emitting diode array.
  • a conventional light-emitting diode arrangement has at least one light-emitting diode string with one, two or more
  • OLED organic light emitting diodes
  • Illuminating the OLED lead to a completely dark OLED and / or to a hot spot on the OLED.
  • OLEDs a light emitting diode array in the application is for technical reasons and for cost reasons, the series connection of the organic light-emitting diodes.
  • a plurality of organic light-emitting diodes in the form of light emitting diode elements and / or light emitting diode segments of a light emitting diode array formed on a substrate and electrically connected in series and / or it can be formed on a plurality of organic light emitting diodes corresponding to a plurality of substrates and electrically connected in series.
  • Light-emitting diodes electrically connected in series. If individual defective organic light-emitting diodes are to be recognized in a series connection with simple methods, this represents a particular challenge.
  • WO 2012 004 720 A2 discloses methods for determining
  • Short circuits of individual OLEDs are known in which an overvoltage or undervoltage at the corresponding OLED is used as a criterion for a defect.
  • Short circuit resistance is, for example in an OLED, in a wide range, for example between 10 ohms and several kOhms.
  • Quadruple corresponding individual voltages of the organic light emitting diodes. If you set the detection threshold for the
  • the measured total voltage in the event of a fault can be very close to or even below the detection threshold, which does not provide sufficient detection reliability in reality.
  • a corresponding short circuit can be higher impedance than the organic shorted OLED.
  • the individual voltage of the corresponding OLED is thus determined mainly by the organic and not by the short circuit. Nevertheless, the current density at the
  • Short-circuit point increases, which leads to the temperature increase, which is why should respond to the short circuit.
  • Luminous diode strand below percent, especially at long strand lengths, or is partially offset by the voltage drop across the short circuit and is so
  • An object of the invention is a method for detecting a short circuit of an organic light emitting diode of a
  • An object of the invention is to provide a light-emitting diode array with a light-emitting diode strand, which makes it possible: to reliably detect a short circuit of a single organic light-emitting diode of the light-emitting diode string, the short circuit of the organic light-emitting diode in a series circuit of
  • An object is achieved according to one aspect of the invention by a method for detecting a short circuit of an organic light emitting diode of a light emitting diode strand, in which an alternating voltage is applied to the light emitting diode whose amplitude is at least temporarily smaller than a sum of the threshold voltages of all organic light emitting diodes of the light emitting diode strand; at least one operating value of an electrical operating variable of the light-emitting diode string is detected; and the short circuit is detected as present when the detected operating value is beyond a predetermined one
  • the light-emitting diode string has at least one organic light-emitting diode (OLED).
  • OLED organic light-emitting diode
  • the light-emitting diode string can also have one, two or more further organic light-emitting diodes (OLEDs), which are connected to the one organic light-emitting diode
  • the operating variable may be, for example, an operating current or a phase shift between the applied AC voltage and the Radioström.
  • the operating value of the operating variable may be, for example, a current value of the operating current or a phase value of the phase shift.
  • the operating value can be recorded one, two or more times in succession or continuously, so that, for example, a progression of operating values,
  • a course of the operating current can be determined.
  • Electrodes in the non-conductive state a significant amount
  • the AC a certain RMS current value, in particular a corresponding amplitude of the operating current, a corresponding maximum current value of the operating current and an associated phase shift to the applied AC voltage.
  • Capacitance of parallel-connected low-impedance electrical resistance This causes the maximum current value of the operating current and the amplitude of the operating current to increase while the AC voltage remains the same. This can be detected by a current measurement, in particular a measurement of the maximum current value and / or the amplitude of the operating current. Likewise, the reduced
  • Short circuit resistance This can also be detected by a measurement, for example by measuring the
  • the applied AC voltage can be regular or
  • Threshold may mean that if the
  • Operating value is chosen so that it without short circuit is less than the threshold, the operating value is greater than the predetermined threshold, or that, if the operating value is selected to be greater than the threshold without a short circuit, the operating value is less than the predetermined threshold.
  • the organic light emitting diodes in the light emitting diode string may be ideal to detect the corresponding short circuit.
  • the ideal frequency or ideal maximum amplitude for the desired detection of the short circuit can be determined simply by simulation and / or empirically based on the actually used
  • Light-emitting diode strand can be determined.
  • the frequency or the maximum amplitude are chosen so that the used for the LED string and for
  • the electrical operating variable is an electric current that flows via the light-emitting diode string
  • the operating value is a current value of the operating current
  • the predetermined threshold value is a predetermined one
  • Frequency and / or the maximum amplitude of the AC voltage can be selected such that in the presence of the
  • the electrical operating variable is a phase shift between the applied
  • Threshold is a given phase threshold. This makes it possible to detect the operating value by means of a current measuring device. In most cases, the short circuit will be detected as present if the phase value is less than the predetermined threshold. Alternatively, the
  • Frequency and / or the maximum amplitude of the AC voltage are chosen such that in the presence of the
  • the threshold must be selected so that the short circuit is detected as present when the phase value is greater than the predetermined threshold.
  • Short circuit can be detected safely.
  • to detect the phase value zero crossings of a profile of the applied alternating voltage and a profile of the operating current are detected and compared with one another. This can help to provide the phase value in a simple and / or very precise manner
  • a rising edge of a profile of the operating current is used to detect the phase value. This can help to provide the phase value in a simple and / or very precise manner
  • AC voltage is at least temporarily greater than the sum the threshold voltages of the organic light emitting diodes of the light emitting diode strand.
  • a fast Fourier transformation is performed to detect the phase value. This can help to capture the phase value in a simple manner and / or with particular precision.
  • the amplitude of the alternating voltage is always smaller than the voice of the threshold voltages of the organic light-emitting diodes of the light-emitting diode string. This causes, during testing, whether the short circuit
  • the organic light emitting diodes do not shine.
  • the light-emitting diode strand In a further development, the light-emitting diode strand
  • the organic light emitting diodes of the light emitting diode strand are
  • Short circuit of at least one of the organic light-emitting diodes of the light-emitting diode string is detected if the operating value is greater than the predetermined threshold value.
  • the applied AC voltage is sinusoidal. This can contribute to the fact that the operating value, in particular the current value and / or the phase value, can be determined particularly precisely.
  • the applied alternating voltage has a predetermined offset value which is not equal to zero.
  • the AC voltage does not fluctuate around the zero value, but a non-zero mean.
  • Mean value can be, for example, greater or lesser than zero.
  • the AC voltage has one
  • DC voltage component on. This can contribute to the fact that the operating value can be detected in a particularly simple manner and / or particularly precisely.
  • a negative dc component may contribute to the maximum current value being particularly high because the
  • AC voltage amplitude can be increased without the threshold voltage is exceeded. Due to the particularly high maximum current value, the recognizability of the
  • Short circuit can be improved.
  • a positive DC component can help to avoid negative voltage components of the applied AC voltage, which can contribute to making a control device for performing the method technically simpler and / or less expensive.
  • increasing the AC amplitude by means of the DC component can contribute to a particularly good detectability of the operating value and / or a particularly good signal-to-noise ratio, as a result of which the short circuit can be identified particularly well and reliably.
  • a light-emitting diode arrangement comprising: the
  • Light-emitting diode is electrically coupled and which is adapted to the AC voltage to the
  • Light-emitting diode string is; a meter that works with the
  • Light-emitting diode strand is electrically coupled and which is adapted to at least the one operating value of
  • a controller electrically coupled to the voltage source and the meter and configured to Detecting the presence of the short circuit of the at least one organic light emitting diode of the Leucntdiodenatrange, if the erfaaste operating value beyond the predetermined
  • At least one organic light-emitting diode of the light-emitting diode string is a capacitor
  • one capacitor is electrically connected to each organic light-emitting diode of the light-emitting diode string
  • the capacitor (s) may help to make detection of the short circuit easier and / or more accurate. For example, by means of the capacitor (s) another frequency of the
  • AC voltage can be selected, for example a
  • Figure 1 is a block diagram of an embodiment
  • FIG. 2 is a block diagram of an embodiment
  • a luminous dynasty order an equivalent circuit diagram of an embodiment of a light emitting diode array; a block diagram of an embodiment of a light emitting diode array; a flowchart of an embodiment of a method for detecting a short circuit of an organic light emitting diode of a light emitting diode strand; an example of a frequency-current diagram; an example of a time-current / voltage diagram; an example of a time-current / voltage diagram.
  • Orientations can be positioned, the serves
  • FIG. 1 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a light-emitting diode arrangement 10.
  • the light-emitting diode arrangement 10 has a light-emitting diode string 20 with at least one organic light-emitting diode 12.
  • the light-emitting diode arrangement 10 has a voltage source 22, a measuring device 24 and a
  • Control unit 26 on.
  • the light-emitting diode strand 20 the light-emitting diode strand 20
  • Voltage source 22 and meter 24 are electrically connected in series.
  • the meter 24 may also be electrically connected in parallel with the light emitting diode string 20.
  • the organic light emitting diode 12 which may also be referred to as OLED, emits light during operation.
  • the light can be light in the visible wavelength range, infrared light or UV light.
  • the component strand 20 has an input and an output, via which the organic light-emitting diode 12 is electrically coupled to the voltage source 22, the measuring device 24 and the control unit 26.
  • the voltage source 22 is adapted to detect a short circuit of the organic light emitting diode 12 a
  • the voltage source 22 can also be set up to apply a DC voltage to the light-emitting diode string 20 for the normal operation of the organic light-emitting diode 12, that is to say for the lighting operation.
  • the measuring device 24 is configured to provide an operating value of an operating variable of the organic light emitting diode 12
  • the operating size for example, a
  • the operating value is a current value.
  • Phase shift between the applied AC voltage and the operating current and the operating value can be
  • the phase value can be detected, for example, by means of the measuring device 24, in that the measuring device 24 has a zero crossing, in particular in the case of an ascending Edge detected a course of the operating current and in which the controller 26, the time of the zero crossing of the
  • the control unit 26 is set up to specify and / or determine the AC voltage and to process the detected measured value.
  • the control unit 26 is set up to compare the detected measured value with a predetermined threshold value and, depending on the comparison, to detect the presence of a short circuit in the organic light-emitting diodes 12.
  • the control unit 26 may be configured to detect the presence of the short circuit, the organic light emitting diode 12, the light emitting diode strand 20 and / or the
  • the control unit 26 may be adapted to the light-emitting diode string 20, in particular the organic light-emitting diode 12, in the normal
  • the controller 26 may
  • driver or a device driver and / or be designed as a microchip and / or integrated circuit.
  • the light emitting diode array 10 one, two or more other organic light-emitting diodes 12 in the
  • Light-emitting diode strand 20 and / or one, two or more further light-emitting diode strands 20 have. Furthermore, the
  • the lighting operation, the organic light emitting diode 12 and the light emitting diode strand 20 is a separate
  • Power source for example, a separate power source or a separate power source, have.
  • FIG. 2 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a light-emitting diode arrangement 10, which for example can largely correspond to the light-emitting diode arrangement 10 shown in FIG.
  • the light-emitting diode arrangement 10 has, in addition to the organic light-emitting diode 12, in this context Also, as the first organic light-emitting diode 12 may be referred to, three other organic light emitting diodes, in particular a second organic light emitting diode 14, a third organic light emitting diode 16 and a fourth organic light emitting diode 18.
  • the organic light-emitting diodes 12, 14, 16, 18 emit light in normal operation.
  • the organic light emitting diodes 12, 14, 16, 18 may be the same or different.
  • FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram of an exemplary embodiment of a light-emitting diode arrangement 10 which, for example, largely corresponds to one of the preceding ones
  • Light emitting diode arrangements 10 may correspond.
  • Light-emitting diode arrangement 10 has three organic light-emitting diodes 12, 14, 16, which are electrically connected in series in the light-emitting diode string 20. At each of the organic light-emitting diodes 12, 14, 16, which are electrically connected in series in the light-emitting diode string 20. At each of the organic light-emitting diodes 12, 14, 16, which are electrically connected in series in the light-emitting diode string 20. At each of the organic light-emitting diodes 12, 14, 16, which are electrically connected in series in the light-emitting diode string 20. At each of the organic light-emitting diodes 12, 14, 16, which are electrically connected in series in the light-emitting diode string 20. At each of the organic light-emitting diodes 12, 14, 16, which are electrically connected in series in the light-emitting diode string 20. At each of the organic light-emitting diodes 12, 14, 16, which are electrically connected in series in the light-emitting
  • Light emitting diodes 12, 14, 16 acts as an organic functional layer structure, the organics of the corresponding
  • each of the organic light-emitting diodes 12, 14, 16 each have two electrodes, between which the corresponding organics
  • each of the organic light emitting diodes 12, 14, 16 has an intrinsic capacitance intrinsic ohmic resistor electrically connected in parallel with the intrinsic capacitance, and another intrinsic ohmic resistor connected to the intrinsic capacitance and the ohmic resistor electrical series connected in parallel therewith.
  • the organic light-emitting diodes 12, 14, 16, on account of their intrinsic properties, have capacitances and resistances which, in addition to the diode symbols, are shown in FIG.
  • Capacitors 34, 44, 54 shown. The with the
  • Electrode resistors 32, 42, 52 shown.
  • the ohmic resistances electrically connected in parallel with the intrinsic capacitances are shown in FIG. 3 as bulk resistors 36, 46, 56.
  • the bulk resistors 36, 46, 56 may also be referred to as leakage resistors.
  • the second organic light-emitting diode 14 has a second electrode resistor 42, in the second capacitor 44 and a second bulk resistor 46.
  • the third organic light emitting diode 16 has a third electrode resistor 52, a third capacitor 54, and a third bulk resistor 56.
  • the electrode resistors 32, 42, 52 are each of
  • ohmic resistances of at least one of the electrodes (not shown) of the corresponding organic light emitting diodes 12, 14, 16 are formed. However, it can also ohmic
  • Electrode resistance 32, 42, 52 symbolizes his.
  • Capacitors 34, 44, 54 are each of two electrodes the corresponding organic light-emitting diodes 12, 14, 16 are formed.
  • Control unit 26 the Radio Unit 26 the Radio
  • organic light emitting diode 12, 14, 16 an operating current through the corresponding organic light emitting diode 12, 14, 16, in particular an alternating current. If one compares then the
  • AC voltage is a phase shift.
  • Light-emitting diodes 12, 14, 16 are identical, then falls on each of the organic light-emitting diodes 12, 14, 16, a third of the voltage applied to the light-emitting diode 20 voltage.
  • an operating current then flows across the electrode resistors 32, 42, 52 and the organic functional layer structure when the voltage applied to the light-emitting diode string 20 is equal to or greater than a sum of the threshold voltages of the organic light-emitting diodes 12, 14, 16 and the organic light-emitting diodes 12, 14, 16 light up. Again, there is no phase shift between the applied AC voltage and the Radioström.
  • the organic light-emitting diodes 12, 14, 16 are identical, the voltage applied to the light-emitting diode 20 voltage less than the sum of
  • Threshold voltage of the organic light emitting diodes 12, 14, 16 and the applied voltage is an AC voltage, so no electric current flows through the organic
  • one of the organic light-emitting diodes 12, 14, 16 has a short circuit, for example due to damage in one of the organic functional layer structures, then this short circuit acts like another ohmic
  • Resistor which is electrically connected in parallel with the corresponding capacitor 34, 44, 54. This further ohmic resistance is referred to below as short-circuit resistance.
  • the short-circuit resistance causes, even if the voltage is lower than the threshold voltage, above the corresponding organic functional
  • an electric current flows. This causes the operating current and, if the phase shift is present, the phase value to change. In particular, this causes in most cases that the operating current increases and the phase value is smaller.
  • the organic light emitting diodes 12, 14, 16 may be formed and / or a frequency and / or amplitude of the applied AC voltage may be selected so that the operating current becomes smaller and / or the phase shift increases. Which type of change in the specific case, ie the specific types of organic light-emitting diodes 12, 14, 16 used and / or the specific number of organic light emitting diodes 12, 14, 16 in the
  • Light-emitting diode 20, present can be easily determined by simulation and / or empirically.
  • a recognition accuracy can be optimized by the frequency and / or the amplitude of the applied AC voltage can be varied in this case by simulation or empirical experiments.
  • Light emitting diode array 10 in particular with any number of organic light-emitting diodes 12, 14, 16 in the
  • FIG. 4 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a light-emitting diode arrangement 10, which for example largely corresponds to one of the above
  • Light emitting diode arrangements 10 may correspond to each of the organic light-emitting diodes 12, 14, 16 is an additional capacitor 60, 62, 64 connected in parallel.
  • the additional capacitors 60, 62, 64 can contribute to the presence of a
  • Additional capacitors 60, 62, 64 a recognition accuracy for detecting the presence of the short circuit can be improved.
  • FIG. 5 shows a flow diagram of a method for detecting a short circuit of an organic light-emitting diode of a
  • Light-emitting diode strand for example one of the organic light-emitting diodes 12, 14, 16, 18 of the light-emitting diode strand 20 of one of the light-emitting diode arrangements 10 explained above.
  • a step S2 an AC voltage is applied to the
  • the AC voltage can, for example, by means of the voltage source 22 to the
  • Light-emitting diode strand 20 are created.
  • the alternating voltage is chosen such that a maximum amplitude of the
  • Threshold voltages of all organic light emitting diodes 12, 14, 16, 18 of the light emitting diode strand 20 is.
  • the AC voltage can be selected such that the maximum amplitude of the AC voltage at least briefly
  • the AC voltage may be selected to oscillate about a zero potential or about a non-zero positive or negative voltage value.
  • a zero potential or about a non-zero positive or negative voltage value.
  • the alternating voltage can be applied so that it runs sinusoidally.
  • the application of the alternating voltage by means of the voltage source 22 can, for example by means of the
  • Control unit 26 controlled and / or regulated.
  • an operating value of an operating variable is detected.
  • the operating value can be detected, for example, by means of the measuring device 24.
  • the measuring device 24 For example, the
  • the operating value can be recorded several times in succession, for example continuously, so that a course of operating values and thus a course of the operating variable can be detected over a certain period of time.
  • the operating value can be detected, for example, at a time at which a profile of the operating variable has a zero crossing and / or a rising edge.
  • the phase value can be detected, for example, by first determining the operating value and the phase value depending on the detected operating value is determined. For example, the history of the
  • the operating value it can be checked whether the operating value is greater than that
  • predetermined threshold value which is shown in Figure 5 in step S6, or less than the predetermined
  • Threshold is what is not shown in Figure 5 in step S6 for reasons of clarity. For example, it can be checked if the current value is greater than one
  • predetermined current threshold is. Alternatively, it can be checked if the phase value is less than one
  • step 36 is predetermined phase threshold. If the course of the operating variable is detected, then, for example, a maximum operating value of the profile of the operating variable can be determined and this maximum operating value can then be compared with the predetermined threshold value. If the condition of step 36 is satisfied, the
  • step S8 the presence of the short circuit in one of the organic light-emitting diodes 12, 14, 16, 18 is detected.
  • a warning signal can be generated, for example by means of the control unit 26, and / or the light-emitting diode string 20 and / or the light-emitting diode arrangement 10 can be switched off as a precautionary measure.
  • the warning signal can be sent, for example, to a higher-level arithmetic unit. If
  • the warning signal can be sent to a board computer of the motor vehicle, and / or, for example, if the board computer Control unit 26 includes, the warning signal can from the
  • Board computer can be optically and / or acoustically output.
  • step S10 it is recognized that none of
  • organic light-emitting diodes 12, 14, 16, 18 is a short circuit.
  • the procedure can after switching on the
  • Light-emitting diode arrangement 10 before the normal lighting operation, in pauses of the normal lighting operation and / or after completion of the normal lighting operation and before switching off the
  • FIG. 6 shows an example of a frequency-current diagram in which a frequency f of the applied voltage is applied to the X-axis
  • Alternating voltage in kHz is plotted and on the Y-axis operating values of the operating current in mA are plotted.
  • the frequency-current diagram shows a first trace 70 of the operating current for a case where there is a short circuit with a resistance of 1000 ⁇ , a second trace 72 of the operating current for a case where there is a short circuit with a resistance of 100 ⁇ , and a third history 74 of the operating current for a case where there is a short circuit having a resistance of 50 ⁇ .
  • the recorded (not individually shown) runs of the operating current are almost complete
  • the second curve 72 lies above the first curve 70 and the third curve 74 lies above the second curve 72.
  • the optimum frequency for the AC voltage for detecting the short circuit can now be determined by determining at which frequency the current value is at most from the current value in the faultless Case deviates, for example, the first curve 70 may be representative of a course in error-free case. The optimal determined in this way
  • Frequency is 1.0 kHz in the case shown in Fig. 6, which is shown by the dashed lines.
  • FIG. 7 shows a time-current / voltage diagram in which the time in .mu.O and on the Y-axis are generated on the X-axis
  • the time-current / voltage diagram shows a first curve 80 of the AC voltage, a first curve 82 of the operating current, a second curve 84 of the
  • the curves 82, 84, 86 of the operating current were all recorded at the same frequency of the alternating voltage, in particular at 10 kHz, the applied alternating voltage being the same for all measurements and being represented by the first curve 80 of the alternating voltage. Furthermore, the courses 80, 82, 84, 86 were recorded by means of a light-emitting diode arrangement which corresponds to one of the light-emitting diode arrangements 10 explained above, the maximum amplitude of the alternating voltage being smaller than the sum of the alternating voltages of all the organic ones at any time
  • the first curve 82 of the operating current was at a
  • the second course 84 of the operating current was at detected a short circuit with a short-circuit resistance of 10 ⁇ .
  • the third curve 86 of the operating current was detected in the event of a short circuit with a short-circuit resistance of 5 ⁇ .
  • predetermined frequency is the zero crossing of the curves 82, 84, 86, the sooner, the greater the short circuit resistance.
  • one of the zero crossings of the second curve 84 of the operating current takes place, for example, at a first time T 1 and one of the zero crossings of the first curve 80 of the AC voltage takes place, for example, at a second time T 2.
  • the time interval between the first time Tl and the second time T2 defines the phase value DT of
  • the phase shift maximum in particular approximately 90 °
  • Light-emitting diodes 12, 14, 16, 18 show a strong capacitive behavior with the phase shifts shown.
  • organic light emitting diode 12, 14, 16, 18 more and more shows an ohmic behavior in which between the applied AC voltage and the detected operating current no
  • Short circuit resistance ie with increasing severity of the Short circuit, the maximum operating value of the operating current increases.
  • FIG. 8 shows a time-current / voltage diagram in which the time in ps and on the y-axis is generated on the x-axis
  • the time-current / voltage diagram shows a second curve 90 of the AC voltage and a fourth curve 92 of the operating current.
  • the time-current / voltage diagram shows a third time T3, a fourth time T4, a fifth time T5, and a sixth time T6.
  • the fourth curve 92 of the operating current was recorded at a different frequency of the alternating voltage and at a different short-circuit resistance than that in FIG. 7
  • the fourth History 92 of the operating current only outside these time ranges, a phase shift with respect to the second curve 90 of the applied AC voltage and within these time ranges no phase shift with respect to the second curve 90 of the applied AC voltage.
  • Zero crossing of the fourth curve 92 of the operating current at its falling edge is not for detecting the phase value the phase shift is suitable.
  • the zero crossing of the fourth curve 92 of the operating current can readily on the rising edge of the fourth curve 92 of

Landscapes

  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses einer organischen Leuchtdiode (12, 14, 16, 18) eines Leuchtdiodenstrangs (20) bereitgestellt. Bei dem Verfahren wird an den Leuchtdiodenstrang (20) eine Wechselspannung angelegt, deren Amplitude zumindest zeitweise kleiner ist als eine Summe der Schwellenspannungen aller organischer Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) des Leuchtdiodenstrangs (20). Mindestens ein Betriebswert einer elektrischen Betriebsgröße des Leuchtdiodenstrangs (20) wird erfasst. Der Kurzschluss wird als vorliegend erkannt, wenn der erfasste Betriebswert jenseits eines vorgegebenen Schwellenwerts ist.

Description

VERFAHREN ZUM ERKENNEN EINES KURZSCHLUSSES EINER ORGANISCHEN LEUCHTDIODE EINES LEUCHTDIODENSTRANGS UND LEUCHTDIODENANORDNUNG BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines
Kurzschlusses einer organischen Leuchtdiode eines
Leuchtdiodenstrangs und eine Leuchtdiodenanordnung.
Eine herkömmliche Leuchtdiodenanordnung weist mindestens einen Leuchtdiodenstrang mit einer, zwei oder mehr
organischen Leuchtdioden (OLED) , die elektrisch in Reihe geschaltet sind, und ein Steuergerät und eine Spannungsquelle zum Betreiben der organischen Leuchtdioden auf.
Trotz aufwändiger Qualitätskontrollen von organischen
Leuchtdioden, kann nicht vollständig ausgeschlossen werden, dass die organischen Leuchtdioden in der Anwendung spontan ausfallen. Beispielsweise bei einer OLED ist ein typisches Fehlerbild für einen Spontanausfall ein Kurzschluss
(englisch: Short) zwischen den Elektroden des entsprechenden Leuchtdiodenelements. Solch ein Kurzschluss ist in der Regel kleinflächig. Es konzentriert sich daher ein Großteil des Gesamtstromes in dem kleinflächigen KurzSchlusspunkt. Die Stromdichte ist folglich in dem Kurzschlusspunkt deutlich überhöht, womit sich dieser KurzSchlusspunkt abhängig von seiner flächigen Ausdehnung stark erhitzen kann. Dies kann zum Aufschmelzen der Elektroden, zu dunklen Flecken im
Leuchtbild der OLED, zu einer komplett dunklen OLED und/oder zu einer heiß werdenden Stelle auf der OLED führen.
Um eine potenzielle Gefahr durch diese Überhitzung
(Verbrennungsgefahr, Brand, Bersten etc.) zu verhindern, sollte ein solcher Kurzschluss von einer Treiberelektronik der Leuchtdiodenanordnung erkannt werden und eine geeignete Schutzreaktion eingeleitet werden (Abschaltung der OLED oder der Leuchtdiodenanordnung, Umleiten des Versorgungsstroms um die kurzgeschlossene OLED, Ausgeben eines Warnsignals etc.). Beispielsweise im Automobilbereich wird gefordert, dass defekte OLEDs, beispielsweise in Rückleuchten, elektronisch erkannt und zumindest ans Bordsystem gemeldet werden.
Eine gängige Verschaltung von Leuchtdiodenelementen,
beispielsweise OLEDs, einer Leuchtdiodenanordnung in der Anwendung ist aus technischen Gründen und aus Kostengründen die Serienschaltung der organischen Leuchtdioden.
Beispielsweise können mehrere organische Leuchtdioden in Form von Leuchtdiodenelementen und/oder Leuchtdiodensegmenten einer Leuchtdiodenanordnung auf einem Substrat ausgebildet und elektrisch in Reihe geschaltet werden und/oder es können mehrere organische Leuchtdioden der Leuchtdiodenanordnung auf entsprechend mehreren Substraten ausgebildet und elektrisch in Reihe geschaltet werden. Bei vielen Anwendungen,
beispielsweise im Automobilbereich oder im Bereich der
Allgemeinbeleuchtung, werden daher mehrere organische
Leuchtdioden elektrisch in Reihe geschaltet. Sollen mit einfachen Verfahren einzelne defekte organische Leuchtdioden in einer Reihenschaltung erkannt werden, stellt dies eine besondere Herausforderung dar.
Aus US 2011 204 792 AI, WO 2010 060 458 AI und
WO 2012 004 720 A2 sind Verfahren zum Ermitteln von
Kurzschlüssen einzelner OLEDs bekannt, bei denen eine Überoder Unterspannung an der entsprechenden OLED als Kriterium für einen Defekt verwendet wird. Die Ober- oder
Unterspannungen werden während des normalen Betriebs der OLEDs erfasst. Auf die Erkennung des Kurzschlusses wird mit einem Umleiten des Ansteuerstroms (Bypaseing) und/oder mit einer Fehlersignalerzeugung reagiert.
Mit einer Messung der Vorwärtsspannung gemäß den
herkömmlichen Verfahren zum Ermitteln des Kurzschlusses können sich folgende Probleme ergeben: Ein
Kurzschlusswiderstands liegt, beispielsweise bei einer OLED, in einem weiten Bereich, beispielsweise zwischen 10 Ohm und mehreren kOhm. Mit einem Eingang des Leuchtdiodenstrangs und einem Ausgang des Leuchtdiodenstrangs kann im Nennbetrieb nur eine GesamtSpannung über alle Leuchtdiodenelemente erfasst werden. Die Gesamtspannung entspricht somit bei gleichen organischen Leuchtdioden im Leuchtdiodenstrang einem
Vierfachen entsprechender Einzelspannungen der organischen Leuchtdioden. Stellt man die Erkennungsschwelle für den
Kurzschluss bei einem der organischen Leuchtdioden auf einen Wert ähnlich der Summe der entsprechenden Einzelspannungen, so kann die gemessene Gesamtspannung im Fehlerfall sehr nahe bei oder sogar unter der Erkennungsschwelle liegen, was bei in der Realität keine ausreichende Erkennungssicherheit ergibt. Beispielsweise kann ein entsprechender Kurzschluss hochohmiger sein kann als die Organik der kurzgeschlossenen OLED. Die Einzelspannung der entsprechenden OLED wird somit hauptsächlich von der Organik bestimmt und nicht von dem Kurzschluss. Dennoch ist die Stromdichte an dem
Kurzschlusspunkt erhöht, was zu der Temperaturerhöhung führt, weshalb auf den Kurzschluss reagiert werden sollte.
Die Reduzierung der Gesamtspannung durch einen Kurzschluss geht bei mehreren organischen Leuchtdioden in einem
Leuchtdiodenstrang prozentual unter, insbesondere bei langen Stranglängen, oder wird durch den Spannungsabfall an dem Kurzschluss teilweise aufgehoben und ist damit
toleranzanfällig. Eine bei der Gesamtspannung vorliegende Signatur des Kurzschlusses ist schwer oder gar nicht
erkennbar. Somit ergeben sich die Probleme, dass bei einem Kurzschluss die EinzelSpannung über die kurzgeschlossene organische
Leuchtdiode wegen dem Spannungsabfall an dem Kurzschluss im Nennbetrieb nicht unbedingt signifikant abfällt verglichen mit einer organischen Leuchtdiode ohne Kurzschluss und dass grundsätzlich nicht erkannt werden kann, ob die
Gesamtspannung normal oder wegen eines Kurzschlusses
niedriger als normal ist. Daher ist es bekannt, lediglich eine organische Leuchtdiode pro Treiberschaltkreis vorzusehen, also keine
Reihenschaltung, oder an jeder organischen Leuchtdiode wird eine eigene Detektionselektronik angebracht oder es müssen an jedem OLED-Verbindungspunkt Spannungsmessleitungen zur
Treibersteuerelektronik geführt werden, was einen erhöhten Verdrahtungsaufwand bedeutet. Diese Ansätze sind teuer und aufwändig. Zum Messen der einzelnen VorwärtsSpannungen muss somit entweder an jede OLED ein Messsystem angeschlossen, was einen hohen Verdrahtungsaufwand und eine hohe Anzahl an
Messsystemen erfordert und somit hohe Kosten verursacht, oder ein einziges Messsystem muss auf jeweils die einzelnen OLEDs durchgeschaltet werden, beispielsweise mittels Multiplexen, was jedoch ebenfalls einen hohen Verdrahtungsaufwand und Aufwand zum Multiplexen erfordert und somit hohe Kosten verursacht .
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses einer organischen Leuchtdiode eines
Leuchtdiodenstrangs bereitzustellen, das ermöglicht: den Kurzschluss einer einzelnen organischen Leuchtdiode des
Leuchtdiodenstrangs sicher zu erkennen, den Kurzschluss der organischen Leuchtdiode in einer Reihenschaltung von
organischen Leuchtdioden in dem Leuchtdiodenstrang sicher zu erkennen, die Erkennung des Kurzschlusses mit lediglich einem Eingang und einem Ausgang eines Steuergeräts und/oder eine Minimierung eines Störgrößeneinflusses von Alterung und/oder Temperatur auf die Erkennung des Kurzschlusses. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leuchtdiodenanordnung mit einem Leuchtdiodenstrang bereitzustellen, die ermöglicht: einen Kurzschluss einer einzelnen organischen Leuchtdiode des Leuchtdiodenstrangs sicher zu erkennen, den Kurzschluss der organischen Leuchtdiode in einer Reihenschaltung von
organischen Leuchtdioden in dem Leuchtdiodenstrang sicher zu erkennen, die Erkennung des Kurzschlusses mit lediglich einem Eingang und einem Ausgang eines Steuergeräts und/oder eine Minimierung eines Störgrößeneinflusses von Alterung und/oder Temperatur auf die Erkennung des Kurzschlusses.
Eine Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses einer organischen Leuchtdiode eines Leuchtdiodenstrangs, bei dem an den Leuchtdiodenstrang eine Wechselspannung angelegt wird, deren Amplitude zumindest zeitweise kleiner ist als eine Summe der Schwellenspannungen aller organischer Leuchtdioden des Leuchtdiodenstrangs; mindestens ein Betriebswert einer elektrischen Betriebsgröße des Leuchtdiodenstrangs erfasst wird; und der Kurzschluss als vorliegend erkannt wird, wenn der erfasste Betriebswert jenseits eines vorgegebenen
Schwellenwerts liegt.
Oer Leuchtdiodenstrang weist mindestens die eine organische Leuchtdiode (OLED) auf. Der Leuchtdiodenstrang kann auch ein, zwei oder mehr weitere organische Leuchtdioden (l...n OLEDs) aufweisen, die mit der einen organischen Leuchtdiode
elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Betriebsgröße kann beispielsweise ein Betriebsstrom oder eine Phasenverschiebung zwischen der angelegten Wechselspannung und dem Betriebsström sein. Der Betriebswert der Betriebsgröße kann beispielsweise ein Stromwert des Betriebestroms oder ein Phasenwert der Phasenverschiebung sein. Der Betriebswert kann ein, zwei oder mehrmals hintereinander oder kontinuierlich erfasst werden, so das beispielsweise ein Verlauf von Betriebswerten,
beispielsweise ein Verlauf des Betriebsstroms, ermittelt werden kann.
Legt man an den Leuchtdiodenstrang, also die eine OLED oder die OLED Reihenschaltung, die Wechselspannung an, deren
Amplitude zunächst als kleiner als die Summe der
Schwellenspannungen der OLED angenommen wird, so sind die organischen Leuchtdioden immer im nichtleitendend Zustand und leuchten nicht. Da jede der OLEDs jedoch aufgrund ihrer
Elektroden im nicht leitenden Zustand eine signifikante
Kapazität parallel zur Organik besitzt, fließt dennoch ein Betriebsstrom, insbesondere ein Wechselstrom, durch die
Reihenschaltung. Wählt man eine geeignete Betriebsfrequenz, so ist der Betriebsstrom maßgeblich abhängig von der
Wechselstromimpedanz und somit von der Kapazität und der Betriebsfreguenz der WechselSpannung. Bei einem entsprechend gewählten Wechselspannungs-Arbeitspunkt hat bei einer
unversehrten OLED der Wechselstrom einen bestimmten Strom- Effektivwert, insbesondere eine entsprechende Amplitude des Betriebsstroms, einen entsprechenden maximalen Stromwert des BetriebsStroms und eine zugehörige Phasenverschiebung zur anliegenden Wechselspannung. Entsteht in der OLED ein
signifikanter Kurzschluss, so zeigt sich dieser als zur
Kapazität parallel geschalteter niederimpedanter elektrischer Widerstand. Dies bewirkt, dass sich der maximale Stromwert des Betriebsstroms und die Amplitude des Betriebsstroms bei gleichbleibender Wechselspannung erhöhen. Dies kann durch eine Strommessung, insbesondere eine Messung des maximalen Stromwerts und/oder der Amplitude des Betriebsstroms, detektiert werden. Ebenso verringert sich die
Phasenverschiebung zwischen dem Betriebsstrom und der
WechselSpannung durch die zugefügte Impedanz des
Kurzschlusswiderstands . Auch dies kann durch eine Messung detektiert werden, beispielsweise durch Messung des
Zeitunterschieds des Nulldurchgangs eines Verlaufs des
Betriebsstroms und eines Verlaufe der Wechselspannung.
Auch wenn die Amplitude der WechselSpannung zeitweise größer als die Summe der Schwellenspannungen der organischen
Leuchtdioden in dem Leuchtdiodenstrang ist, können die vorstehend erläuterten Effekte aus den Messungen noch erkannt werden, wodurch das Erkennen des Kurzschluss auch dann noch möglich ist.
Die angelegte Wechselspannung kann regelmäßig oder
unregelmäßig, beispielsweise sich ändernd oder gleichbleibend sein. Dass der erfasste Betriebswerte jenseits des
Schwellenwerts liegt, kann bedeuten, dass, falls der
Betriebswert so gewählt wird, dass er ohne Kurzschluss kleiner als der Schwellenwert ist, der Betriebswert größer als der vorgegebene Schwellenwert ist, oder dass, falls der Betriebswert so gewählt wird, dass er ohne Kurzschluss größer als der Schwellenwert ist, der Betriebswert kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist.
Abhängig von der Art, Anzahl und/oder Größe der organischen Leuchtdioden in dem Leuchtdiodenstrang und/oder abhängig von einem zu detektierenden Bereich von Widerstandswerten des Kurzschlusses können unterschiedliche Frequenzen und/oder maximale Amplituden der Wechselspannung ideal sein, um den entsprechenden Kurzschluss zu erkennen. Die ideale Frequenz bzw. ideale maximale Amplitude zum erwünschten Erkennen des Kurzschlusses können einfach mittels Simulation und/oder empirisch anhand des tatsächlich verwendeten
Leuchtdiodenstrangs ermittelt werden. Insbesondere werden die Frequenz bzw. die maximale Amplitude so gewählt, dass sich für den verwendeten Leuchtdiodenstrang und für den zu
detektierenden Bereich von Widerstandswerten der Betriebswert signifikant verändert.
Bei einer Weiterbildung ist die elektrische Betriebsgröße ein elektrischer Strom, der über den Leuchtdiodenstrang fließt, der Betriebswert ist ein Stromwert des Betriebsstroms, der vorgegebene Schwellenwert ist ein vorgegebener
Stromschwellenwert. Dies kann dazu beitragen, den
Betriebswert präzise zu erfassen und/oder den Kurzschluss zu erkennen. In den meisten Fällen wird der Kurzschluss dann als vorliegend erkannt, wenn der Stromwert größer als der
vorgegebene Schwellenwert ist. Alternativ dazu können die
Frequenz und/oder die maximale Amplitude der Wechselspannung derart gewählt werden, dass bei dem Vorliegen des
Kurzschlusses der Stromwert gegenüber dem fehlerfreien Fall geringer wird, wobei dann der Schwellenwert so gewählt werden muss, dass der Kurzschluss als vorliegend erkannt wird, wenn der Stromwert kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist. Bei einer Weiterbildung ist die elektrische Betriebsgröße eine Phasenverschiebung zwischen der angelegten
Wechselspannung und einem Betriebsström, der über den
Leuchtdiodenstrang fließt, der Betriebswert ist ein
Phasenwert der Phasenverschiebung, der vorgegebene
Schwellenwert ist ein vorgegebener Phasenschwellenwert. Dies ermöglicht, den Betriebswert mittels eines Strommessgeräts zu erfassen. In den meisten Fällen wird der Kurzschluss dann als vorliegend erkannt, wenn der Phasenwert kleiner als der vorgegebene Schwellenwert ist. Alternativ dazu können die
Frequenz und/oder die maximale Amplitude der WechselSpannung derart gewählt werden, dass bei dem Vorliegen des
Kurzschlusses der Phasenwert gegenüber dem fehlerfreien Fall größer wird, wobei dann der Schwellenwert so gewählt werden muss, dass der Kurzschluss als vorliegend erkannt wird, wenn der Phasenwert größer als der vorgegebene Schwellenwert ist.
Bei einer Weiterbildung liegt der vorgegebene
Phasenschwellenwert in einem Bereich zwischen 70° und 90°, beispielsweise 80° bis 90°, d.h. dass der Strom um 70° bis 90° Grad der Spannung vorauseilt und die Phasenverschiebung sich kapazitiv verhält. Dies trägt dazu bei, dass der
Kurzschluss sicher erkannt werden kann. Bei einer Weiterbildung werden zum Erfassen des Phasenwerts Nulldurchgänge eines Verlaufs der angelegten Wechselspannung und eines Verlaufs des Betriebsstroms erfasst und miteinander verglichen. Dies kann dazu beitragen, den Phasenwert auf einfache Art und Weise und/oder besonders präzise zu
erfassen.
Bei einer Weiterbildung wird zum Erfassen des Phasenwerts eine ansteigende Flanke eines Verlaufs des BetriebsBtroms verwendet. Dies kann dazu beitragen, den Phasenwert auf einfache Art und Weise und/oder besonders präzise zu
erfassen. Insbesondere, wenn die Amplitude der
Wechselspannung zumindest zeitweise größer ist als die Summe der Schwellenspannungen der organischen Leuchtdioden des Leuchtdiodenstrangs .
Bei einer Weiterbildung wird zum Erfassen des Phasenwerts eine schnelle Fourier-Transformation durchgeführt. Dies kann dazu beitragen, den Phasenwert auf einfache Art und Weise und/oder besonders präzise zu erfassen.
Bei einer Weiterbildung werden der Stromwert des
BetriebsStroms und der Phasenwert der Phasenverschiebung erfasst und das Vorliegen des Kurzschlusses wird erkannt, wenn der erfasste Stromwert größer als oder gleich groß wie der vorgegebene Stromschwellenwert ist und/oder wenn der erfasste Phasenwert kleiner wie der vorgegebene
Phasenschwellenwert ist.
Bei einer Weiterbildung ist die Amplitude der Wechselspannung immer kleiner als die Stimme der Schwellenspannungen der organischen Leuchtdioden des Leuchtdiodenstrangs. Dies bewirkt, dass während des Prüfens, ob der Kurzschluss
vorliegt, die organischen Leuchtdioden nicht leuchten.
Bei einer Weiterbildung weist der Leuchtdiodenstrang
mindestens eine weitere organische Leuchtdiode auf. Die organischen Leuchtdioden des Leuchtdiodenstrangs sind
elektrisch in Reihe geschaltet. Das Vorliegen des
Kurzschlusses mindestens einer der organischen Leuchtdioden des Leuchtdiodenstrangs wird erkannt, falls der Betriebswert größer als der vorgegebene Schwellenwert ist.
Bei einer Weiterbildung ist die angelegte WechselSpannung sinusförmig. Dies kann dazu beitragen, das der Betriebswert, insbesondere der Stromwert und/oder der Phasenwert, besonders präzise ermittelt werden können.
Bei einer Weiterbildung weist die angelegte Wechselspannung einen vorgegebenen Offsetwert auf, der ungleich null ist. Somit schwankt die Wechselspannung nicht um den Nullwert, sondern um einen von null verschiedenen Mittelwert. Der
Mittelwert kann beispielsweise größer oder kleiner Null sein. In anderen Worten weist die Wechselspannung einen
Gleichspannungsanteil auf. Dies kann dazu beitragen, dass der Betriebswert auf besonders einfache Art und Weise und/oder besonders präzise erfasst werden kann. Beispielsweise kann ein negativer Gleichspannungsanteil dazu beitragen, dass der maximale Stromwert besonders hoch ist, da die
Wechselspannungsamplitude erhöht werden kann, ohne dass die Schwellenspannung überschritten wird. Durch den besonders hohen maximalen Stromwert kann die Erkennbarkeit des
Kurzschlusses verbessert werden. Andererseits kann ein positiver Gleichspannungsanteil dazu beitragen, negative Spannungsanteile der angelegten WechselSpannung zu vermeiden, was dazu beitragen kann, dass ein Steuergerät zum Durchführen des Verfahrens technisch einfacher und/oder kostengünstiger ausgebildet werden kann. Im Allgemeinen kann ein Erhöhen der Wechselspannungsamplitude mittels des Gleichspannungsanteils zu einer besonders guten Detektierbarkeit des Betriebswerts und/oder einem besonders guten Signal-Rausch-Verhältnis beitragen, wodurch der Kurzschluss besonders gut und sicher erkannt werden kann.
Eine Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung gelöst durch eine Leuchtdiodenanordnung, die aufweist: den
Leuchtdiodenstrang, der mindestens die eine organische
Leuchtdiode aufweist; eine Spannungsquelle, die mit dem
Leuchtdiodenstrang elektrisch gekoppelt ist und die dazu eingerichtet ist, die Wechselspannung an den
Leuchtdiodenstrang anzulegen, wobei die Wechselspannung zumindest zeitweise kleiner als die Summe der
Schwellenspannungen aller organischer Leuchtdioden des
Leuchtdiodenstrangs ist; ein Messgerät, das mit dem
Leuchtdiodenstrang elektrisch gekoppelt ist und das dazu eingerichtet ist, mindestens den einen Betriebswert der
Betriebsgröße des Leuchtdiodenstrangs zu erfassen; und ein Steuergerät, das mit der Spannungsquelle und dem Messgerät elektrisch gekoppelt ist und das dazu eingerichtet ist, das Vorliegen des Kurzschlusses der mindestens einer organischen Leuchtdiode des Leucntdiodenatrange zu erkennen, falls der erfaaste Betriebewert jenseits des vorgegebenen
Schwellenwerts liegt. Die im vorhergehenden erläuterten
Weiterbildungen des Verfahrens zum Erkennen des Kurzschlusses können ohne weiteres auf die Leuchtdiodenanoxdnung übertragen werden, insbesondere auf das Steuergerät, das dazu
eingerichtet sein kann, die im Vorhergehenden erläuterten Verfahreneschritte durchzufuhren.
Bei einer Weiterbildung ist zu mindestens einer organischen Leuchtdiode des Leuchtdiodenstrangs ein Kondensator
elektrisch parallel geschaltet. Bei einer Weiterbildung ist zu jeder organischen Leuchtdiode des Leuchtdiodenstrangs je ein Kondensator elektrisch
parallel geschaltet.
Der bzw. die Kondensatoren können dazu beitragen, dass das Erkennen des Kurzschlusses einfacher und/oder präziser durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann mittels des bzw. der Kondensatoren eine andere Frequenz der
Wechselspannung gewählt werden, beispielsweise eine
niedrigere Frequenz, als ohne den bzw. die Kondensatoren. Dies kann dazu beitragen, dass das Steuergerät technisch einfacher und/oder kostengünstiger ausgebildet werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Bs zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiele
einer Leuchtdiodenanordnung;
Figur 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
einer Leuchtdicxlenajiordnung; ein Ersatzschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Leuchtdiodenanordnung; ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Leuchtdiodenanordnung; ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Erkennen eines Kurzschlusses einer organischen Leuchtdiode eines Leuchtdiodenstrang; ein Beispiel eines Frequenz-Strom-Diagramms; ein Beispiel eines Zeit-Strom/Spannung-Diagramms; ein Beispiel eines Zeit-Strom/Spannung-Diagramms.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von
Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener
Orientierungen positioniert werden können, dient die
Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem
Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungebeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. In den Figuren sind identische oder ähnliche
Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Leuchtdiodenanordnung 10. Die Leuchtdiodenanordnung 10 weist einen Leuchtdiodenstrang 20 mit mindestens einer organischen Leuchtdiode 12 auf. Die Leuchtdiodenanordnung 10 weist eine Spannungsquelle 22, ein Messgerät 24 und ein
Steuergerät 26 auf. Der Leuchtdiodenstrang 20, die
Spannungsquelle 22 und das Messgerät 24 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Alternativ dazu kann das Messgerät 24 auch elektrisch parallel zu dem Leuchtdiodenstrang 20 geschaltet sein.
Die organische Leuchtdiode 12, die auch als OLED bezeichnet werden kann, emittiert im Betrieb Licht. Das Licht kann Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich, Infrarotlicht oder UV- Licht sein. Der Bauelementstrang 20 weist einen Eingang und einen Ausgang auf, über die die organische Leuchtdiode 12 mit der Spannungsquelle 22, dem Messgerät 24 und dem Steuergerät 26 elektrisch gekoppelt ist. Die Spannungsquelle 22 ist dazu eingerichtet, zum Erkennen eines Kurzschlusses der organischen Leuchtdiode 12 eine
Wechselspannung an den Leuchtdiodenstrang 20 anzulegen. Die Spannungsquelle 22 kann außerdem dazu eingerichtet sein, zum normalen Betrieb der organischen Leuchtdiode 12, also zum Leuchtbetrieb, eine Gleichspannung an den Leuchtdiodenstrang 20 anzulegen.
Das Messgerät 24 ist dazu eingerichtet, einen Betriebswert einer Betriebsgröße der organischen Leuchtdiode 12 zu
erfassen. Die Betriebsgröße kann beispielsweise ein
Betriebsetrom sein, der über den Leuchtdiodenstrang 20 fließt, wobei dann der Betriebswert ein Stromwert ist.
Alternativ dazu kann die Betriebsgröße eine
Phasenverschiebung zwischen der angelegten Wechselspannung und dem Betriebsstrom sein und der Betriebswert kann ein
Phasenwert sein. Der Phasenwert kann beispielsweise mittels des Messgeräts 24 erfasst werden, indem das Messgerät 24 einen Nulldurchgang, insbesondere bei einer aufsteigenden Flanke, eines Verlaufe des Betriebsstroms erfasst und in dem das Steuergerät 26 den Zeitpunkt des Nulldurchgangs des
Verlaufs des Betriebsstroms mit einem Zeitpunkt des
Nulldurchgangs eines Verlaufs der angelegten Wechselspannung vergleicht .
Das Steuergerät 26 ist dazu eingerichtet, die Wechselspannung vorzugeben und/oder zu ermitteln und den erfassten Messwert zu verarbeiten. Das Steuergerät 26 ist dazu eingerichtet, den erfassten Messwert mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen und abhängig von dem Vergleich ein Vorliegen eines Kurzschlusses bei der organischen Leuchtdioden 12 zu erkennen. Das Steuergerät 26 kann dazu eingerichtet sein, bei dem Erkennen des Vorliegens des Kurzschlusses die organische Leuchtdiode 12, den Leuchtdiodenstrang 20 und/oder die
Leuchtdiodenanordnung 10 abzuschalten. Das Steuergerät 26 kann dazu eingerichtet sein, den Leuchtdiodenstrang 20, insbesondere die organische Leuchtdiode 12, im normalen
Leuchtbetrieb zu betreiben. Das Steuergerät 26 kann
beispielsweise ein Treiber oder ein Gerätetreiber sein und/oder als Mikrochip und/oder integrierter Schaltkreis ausgebildet sein.
Optional kann die Leuchtdiodenanordnung 10 ein, zwei oder mehr weitere organische Leuchtdioden 12 in dem
Leuchtdiodenstrang 20 und/oder einen, zwei oder mehr weitere Leuchtdiodenstränge 20 aufweisen. Ferner kann die
Leuchtdiodenanordnung 10 für den normalen Betrieb,
insbesondere den Leuchtbetrieb, der organischen Leuchtdiode 12 bzw. des Leuchtdiodenstrang 20 eine separate
Energiequelle, beispielsweise eine separate Spannungsquelle oder eine separate Stromquelle, aufweisen.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Leuchtdiodenanordnung 10, die beispielsweise weitgehend der in Figur 1 gezeigten Leuchtdiodenanordnung 10 entsprechen kann. Die Leuchtdiodenanordnung 10 weist zusätzlich zu der einen organischen Leuchtdiode 12, die in diesem Zusammenhang auch als erste organische Leuchtdiode 12 bezeichnet werden kann, drei weitere organische Leuchtdioden, insbesondere eine zweite organische Leuchtdiode 14, eine dritte organische Leuchtdiode 16 und eine vierte organische Leuchtdiode 18 auf. Die organischen Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 emittieren im normalen Betrieb Licht. Die organischen Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 können gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein. Die organischen Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 können auf je einem Substrat ausgebildet sein, wobei deren organische funktionelle Schichtenstrukturen und Elektroden voneinander getrennt sind. Alternativ dazu können die organischen
Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 auf demselben Substrat
ausgebildet sein, wobei sich mindestens zwei der organischen Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 dieselbe organische funktionelle Schichtenstruktur und/oder eine ihrer Elektroden teilen. In anderen Worten können die organischen Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 Leuchtdiodensegmente einer segmentierten Leuchtdiode sein. Fig. 3 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Leuchtdiodenanordnung 10, die beispielsweise weitgehend einer der im Vorhergehenden erläuterten
Leuchtdiodenanordnungen 10 entsprechen kann. Die
Leuchtdiodenanordnung 10 weist drei organische Leuchtdioden 12, 14, 16 auf, die in dem Leuchtdiodenstrang 20 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Bei jeder der organischen
Leuchtdioden 12, 14, 16 wirkt eine organische funktionelle Schichtenstruktur, die die Organik der entsprechenden
organischen Leuchtdiode 12, 14, 16 gebildet und in der im normalen Betrieb das Licht erzeugt wird, als Diode und ist in Figur 3 als Diodensymbol dargestellt. Außer der Organik weist jede der organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 jeweils zwei Elektroden, zwischen denen die entsprechende Organik
angeordnet ist und andere Elemente, wie beispielsweise ein Substrat oder eine Verkapselung, auf, von denen intrinsische ohmsche Widerstände und intrinsische Kapazitäten gebildet sind. Insbesondere weist jede der organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 auf eine intrinsische Kapazität, einen intrinsischen ohmschen Widerstand, der zu der intrinsischen Kapazität elektrisch parallel geschaltet ist, und einen weiteren intrinsischen ohmschen Widerstand, der zu der intrinsischen Kapazität und dem zu ihr parallelgeschalteten ohmschen Widerstand elektrischen Reihe geschaltet ist.
Somit weisen die organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 aufgrund ihrer intrinsischen Eigenschaften Kapazitäten und Widerstände auf, die in Figur 3 neben den Diodensymbolen als
eigenständige elektronische Bauelemente eingezeichnet sind. Die intrinsischen Kapazitäten sind in Figur 3 als
Kondensatoren 34, 44, 54 dargestellt. Die mit den
intrinsischen Kapazitäten elektrisch in Reihe geschalteten ohmschen Widerstände sind in Figur 3 als
Elektrodenwiderstände 32, 42, 52 dargestellt. Die mit den intrinsischen Kapazitäten elektrisch parallelgeschalteten ohmschen Widerstände sind in Figur 3 als Bulkwiderstände 36, 46, 56 dargestellt. Die Bulkwiderstände 36, 46, 56 können auch als Leckstromwiderstände bezeichnet werden.
Insbesondere weist die erste organische Leuchtdiode 12, einen ersten Elektrodenwiderstand 32, einen ersten Kondensator 34 und einen ersten Bulkwiderstand 36 auf. Die zweite organische Leuchtdiode 14 weist einen zweiten Elektrodenwiderstand 42, im zweiten Kondensator 44 und einen zweiten Bulkwiderstand 46 auf. Die dritte organische Leuchtdiode 16 weist einen dritten Elektrodenwiderstand 52, einen dritten Kondensator 54 und einen dritten Bulkwiderstand 56 auf. Die Elektrodenwiderstände 32, 42, 52 sind jeweils von
ohmschen Widerständen mindestens einer der Elektroden (nicht dargestellt) der entsprechenden organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 gebildet. Es können jedoch auch die ohmschen
Widerstände beider Elektroden einer der organischen
Leuchtdioden 12, 14, 16 durch den entsprechenden
Elektrodenwiderstand 32, 42, 52 symbolisiert sein. Die
Kondensatoren 34, 44, 54 sind jeweils von beiden Elektroden der entsprechenden organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 gebildet .
Falls kein Kurzschluss vorliegt und an einer der organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 eine Spannung anliegt, die größer als eine Schwellenspannung der entsprechenden organischen
Leuchtdiode 12, 14, 16 ist, so fließt ein Betriebsström über den entsprechenden Elektrodenwiderstand 32, 42, 52 und die entsprechende Organik. Vergleicht man mittels des
Steuergeräts 26 den Betriebsström, der mittels des Messgeräts 24 erfasst werden kann, mit der angelegten Wechselspannung, die aufgrund der Ansteuerung der Spannungsquelle 22 bekannt ist, so stellt man fest, dass keine oder zumindest
näherungsweise keine Phasenverschiebung zwischen den
Betriebsstrom und der angelegten Wechselspannung vorliegt.
Falls kein Kurzschluss vorliegt und an einer der organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 eine Spannung anliegt, die kleiner als eine Schwellenspannung der entsprechenden organischen Leuchtdiode 12, 14, 16 ist, so fließt kein Betriebsstrom über die Organik der entsprechenden organischen Leuchtdiode 12, 14, 16. Falls die angelegte Spannung jedoch eine
WechselSpannung ist, so fließt aufgrund des entsprechenden Kondensators 34, 44, 54 auch im Falle, dass die Spannung kleiner als die Schwellenspannung der entsprechenden
organischen Leuchtdiode 12, 14, 16 ist, ein Betriebsstrom über die entsprechende organische Leuchtdiode 12, 14, 16, insbesondere ein Wechselstrom. Vergleicht man dann den
Betriebsstrom mit der angelegten Wechselspannung, so stellt man fest, dass zwischen dem Betriebsstrom und der
Wechselspannung eine Phasenverschiebung vorliegt.
Falls kein Kurzschluss vorliegt und die organischen
Leuchtdioden 12, 14, 16 baugleich sind, so fällt an jeder der organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 ein Drittel der an den Leuchtdiodenstrang 20 angelegten Spannung ab. Somit fließt dann ein Betriebsstrom über die Elektrodenwiderstände 32, 42, 52 und die organischen funktionellen Schichtenstruktur, wenn die an den Leuchtdiodenstrang 20 angelegte Spannung gleich groß oder größer als eine Summe der Schwellenspannungen der organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 ist und die organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 leuchten. Dabei liegt wiederum keine Phasenverschiebung zwischen der angelegten WechselSpannung und dem Betriebsström vor.
Falls kein Kurzschluss vorliegt, die organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 baugleich sind, die an den Leuchtdiodenstrang 20 angelegte Spannung kleiner als die Summe der
Schwellenspannung der organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 ist und die angelegte Spannung eine WechselSpannung ist, so fließt kein elektrischer Strom über die organischen
funktionellen Schichtenstrukturen, weshalb die organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 nicht leuchten, jedoch fließt der Betriebsstrom, insbesondere der Wechselstrom über den
Leuchtdiodenstrang 20. Dabei liegt wiederum die
Phasenverschiebung zwischen der angelegten WechselSpannung und den Betriebsstrom vor.
Falls eine der organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 einen Kurzschluss aufweist, beispielsweise aufgrund eines Schadens in einer der organischen funktionellen Schichtenstrukturen, so wirkt dieser Kurzschluss wie ein weiterer ohmscher
Widerstand, der zu dem entsprechenden Kondensator 34, 44, 54 elektrisch parallel geschaltet ist. Dieser weitere ohmsche Widerstand wird im Folgenden als Kurzschlusswiderstand bezeichnet. Der KurzSchlusswiderstand bewirkt, dass auch, falls die Spannung niedriger als die Schwellenspannung ist, über die entsprechende organische funktionelle
Schichtenstruktur, insbesondere über den Kurzschluss selbst, ein elektrischer Strom fließt. Dies bewirkt, dass sich der Betriebsstrom und, falls die Phasenverschiebung vorliegt, der Phasenwert ändern. Insbesondere bewirkt dies in den meisten Fällen, dass der Betriebsstrom größer wird und der Phasenwert kleiner wird. Jedoch können die organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 so ausgebildet sein und/oder eine Frequenz und/oder Amplitude der angelegten WechselSpannung so gewählt werden, dass der Betriebsstrom kleiner wird und/oder die Phasenverschiebung größer wird. Welche Art der Änderung im konkreten Fall, also den konkret verwendeten Arten von organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 und/oder der konkreten Anzahl an organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 in dem
Leuchtdiodenstrang 20, vorliegt kann einfach anhand einer Simulation und/oder empirisch ermittelt werden. Darüber hinaus kann eine Erkennungsgenauigkeit optimiert werden, indem im konkreten Fall durch Simulation oder empirische Versuche die Frequenz und/oder die Amplitude der angelegten Wechselspannung variiert werden.
Die im Vorhergehenden mit Bezug zu Figur 3 erläuterte
Funktionsweise der Leuchtdiodenanordnung 10 kann ohne
weiteres auf die in Figur 1, 2 oder 4 dargestellten
Leuchtdiodenanordnungen 10 oder eine beliebige andere
Leuchtdiodenanordnung 10, insbesondere mit einer beliebigen Anzahl von organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 in dem
Leuchtdiodenstrang 20, übertragen werden.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Leuchtdiodenanordnung 10, die beispielsweise weitgehend einer der im Vorhergehenden erläuterten
Leuchtdiodenanordnungen 10 entsprechen kann, zu jeder der organischen Leuchtdioden 12, 14, 16 ist ein Zusatzkondensator 60, 62, 64 parallel geschaltet. Die Zusatzkondensatoren 60, 62, 64 können dazu beitragen, dass beim Vorliegen eines
Kurzschlusses eine Änderung des Betriebsstroms bzw. der
Phasenverschiebung größer ausfällt als ohne
Zusatzkondensatoren 60, 62, 64. Somit kann mithilfe der
Zusatzkondensatoren 60, 62, 64 eine Erkennungsgenauigkeit zum Erkennen des Vorliegens des Kurzschlusses verbessert werden.
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen eines Kurzschlusses einer organischen Leuchtdiode eines
Leuchtdiodenstrangs, beispielsweise einer der organischen Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 des Leuchtdiodenstrang 20 einer der im Vorhergehenden erläuterten Leuchtdiodenanordnungen 10. In einem Schritt S2 wird eine WechselSpannung an den
Leuchtdiodenstrang 20 angelegt. Die Wechselspannung kann beispielsweise mittels der Spannungsquelle 22 an den
Leuchtdiodenstrang 20 angelegt werden. Die WechselSpannung wird derart gewählt, dass eine maximale Amplitude der
WechselSpannung kleiner als eine Summe der
Schwellenspannungen aller organischer Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 des Leuchtdiodenstrangs 20 ist. Alternativ dazu kann die Wechselspannung derart gewählt werden, dass die maximale Amplitude der Wechselspannung zumindest kurzzeitig,
beispielsweise während eines Zeitraums kleiner als eine
Viertelperiode einer Schwingung der Wechselspannung, gleich wie oder größer als die Summe der Schwellenspannungen ist. Ferner kann die Wechselspannung derart gewählt werden, dass sie um ein Nullpotential oder um einen von null verschiedenen positiven oder negativen Spannungswert schwingt. In anderen Worten kann zusätzlich zu der Wechselspannung eine
Gleichspannung an den Leuchtdiodenstrang 20 angelegt werden. Die Wechselspannung kann derart angelegt werden, dass sie sinusförmig verläuft. Das Anlegen der Wechselspannung mittels der Spannungsquelle 22 kann beispielsweise mittels des
Steuergeräts 26 gesteuert und/oder geregelt werden. In einem Schritt S4 wird ein Betriebswert einer Betriebsgröße erfasst. Der Betriebswert kann beispielsweise mittels des Messgeräts 24 erfasst werden. Beispielsweise werden der
Stromwert des Betriebsstroms und/oder der Phasenwert der Phasenverschiebung erfasst. Der Betriebswert kann mehrmals hintereinander, beispielsweise kontinuierlich, erfasst werden, so dass über einen gewissen Zeitraum ein Verlauf von Betriebswerten und somit ein Verlauf der Betriebsgröße erfasst werden kann. Der Betriebswert kann beispielsweise zu einem Zeitpunkt erfasst werden, bei dem ein Verlauf der Betriebsgröße einen Nulldurchgang und/oder eine ansteigende Flanke hat. Der Phasenwert kann beispielsweise erfasst werden, indem zunächst der Betriebswert ermittelt wird und der Phasenwert abhängig von dem erfassten Betriebswert ermittelt wird. Beispielsweise kann der Verlauf des
BetriebsStroms erfasst werden und abhängig von dem Verlauf des Betriebsstroms und dem Verlauf der WechselSpannung kann der Phasenwert ermittelt wird.
In einem Schritt S6 wird geprüft, ob der Betriebswert
jenseits eines vorgegebenen Schwellenwerts liegt.
Beispielsweise kann abhängig von der Wahl des Betriebswerts überprüft werden, ob der Betriebswert größer als der
vorgegebene Schwellenwert ist, was in Figur 5 in Schritt S6 dargestellt ist, oder kleiner als der vorgegebene
Schwellenwert ist, was in Figur 5 in Schritt S6 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Beispielsweise kann geprüft werden, ob der Stromwert größer als ein
vorgegebener Stromschwellenwert ist. Alternativ dazu kann geprüft werden, ob der Phasenwert kleiner als ein
vorgegebener Phasenschwellenwert ist. Falls der Verlauf der Betriebsgröße erfasst wird, so kann beispielsweise ein maximaler Betriebswert des Verlaufs der Betriebsgröße ermittelt werden und dieser maximale Betriebswert kann dann mit dem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden. Falls die Bedingung des Schritt 36 erfüllt ist, wird die
Bearbeitung in einem Schritt S8 fortgesetzt. Falls die
Bedingung in dem Schritt S6 nicht erfüllt ist, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S10 fortgesetzt.
In dem Schritt S8 wird das Vorliegen des Kurzschlusses bei einer der organischen Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 erkannt. Optional kann in dem Schritt S8 eine Warnsignal erzeugt werden, beispielsweise mittels des Steuergeräts 26, und/oder der Leuchtdiodenstrang 20 und/oder die Leuchtdiodenanordnung 10 können als Vorsichtsmaßnahme abgeschaltet werden.
Gegebenenfalls kann das Warnsignal beispielsweise an eine übergeordnete Recheneinheit gesendet werden. Falls
beispielsweise die entsprechende Leuchtdiodenanordnung 10 in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, so kann das Warnsignal an einen Boardcomputer des Kraftfahrzeugs gesendet werden, und/oder, beispielsweise falls der Boardcomputer das Steuergerät 26 umfasst, das Warnsignal kann von dem
Boardcomputer optisch und/oder akustisch ausgegeben werden.
In dem Schritt S10 wird erkannt, dass bei keiner der
organischen Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 ein Kurzschluss vorliegt .
Das Verfahren kann nach dem Einschalten der
Leuchtdiodenanordnung 10 vor dem normalen Leuchtbetrieb, in Pausen des normalen Leuchtbetriebs und/oder nach Beendigung des normalen Leuchtbetriebs und vor dem Abschalten der
Leuchtdiodenanordnung 10 einmal, zweimal oder mehrmals hintereinander abgearbeitet werden. Fig. 6 zeigt ein Beispiel eines Frequenz-Strom-Diagramms, bei dem an der X-Achse eine Frequenz f der angelegten
WechselSpannung in kHz angetragen ist und an der Y-Achse Betriebswerte des BetriebsStroms in mA angetragen sind. Das Frequenz-Strom-Diagramm zeigt einen ersten Verlauf 70 des BetriebsStroms für einen Fall, bei dem ein Kurzschluss mit einem Widerstandswert von 1000 Ω vorliegt, einen zweiten Verlauf 72 des Betriebsstroms für einen Fall, bei dem ein Kurzschluss mit einem Widerstandswert von 100 Ω vorliegt, und einen dritten Verlauf 74 des Betriebsstroms für einen Fall, bei dem ein Kurzschluss mit einem Widerstandswert von 50 Ω vorliegt. Bei Kurzschlüssen mit Widerstandswerten größer als 1000 Ω liegen die erfassten (nicht einzelne dargestellten) Verläufe des Betriebsstroms nahezu
deckungsgleich auf dem ersten Verlauf 70. Kurzschlüsse mit derart hohen Widerstandswerten können jedoch auch häufig als nicht kritisch klassifiziert werden. In anderen Worten kann eine Organik, die einen derart hohen Widerstandswert aufweist als keinen Kurzschluss aufweisend klassifiziert werden. Der zweite Verlauf 72 liegt über dem ersten Verlauf 70 und der dritte Verlauf 74 liegt über dem zweiten Verlauf 72. Somit ist der Stromwert des Betriebsstroms umso höher, je geringer der Widerstandswert des Kurzschlusses ist. Bei der Leuchtdiodenanordnung 10, mittels der das in Figur 6 gezeigte Frequenz-Strom-Diagramm aufgenommen wurde, kann nun die optimale Frequenz für die Wechselspannung zum Erkennen des Kurzschlusses ermittelt werden, indem ermittelt wird, bei welcher Frequenz der Stromwert maximal von dem Stromwert im fehlerfreien Fall abweicht, wobei beispielsweise der erste Verlauf 70 repräsentativ für einen Verlauf im fehlerfreien Fall sein kann. Die auf diese Weise ermittelte optimale
Frequenz ist in dem in Figur 6 gezeigten Fall 1,0 kHz, was mittels der gestrichelten Linien dargestellt ist.
Fig. 7 zeigt ein Zeit-Strom/Spannung-Diagramm, bei dem an der X-Achse die Zeit in μθ und an der Y-Achse der erzeugte
Betriebsstrom I und die angelegte Wechselspannung U
angetragen sind. Das Zeit-Strom/Spannung-Diagramm zeigt einen ersten Verlauf 80 der Wechselspannung, einen ersten Verlauf 82 des Betriebsstroms, einen zweiten Verlauf 84 des
BetriebsStroms und einen dritten Verlauf 86 des
BetriebsStroms .
Die Verläufe 82, 84, 86 des Betriebsstroms wurden alle bei der gleichen Frequenz der Wechselspannung, insbesondere bei 10 kHz, aufgenommen, wobei die angelegte Wechselspannung für alle Messungen gleich war und durch den ersten Verlauf 80 der WechselSpannung repräsentiert ist. Des Weiteren wurden die Verläufe 80, 82, 84, 86 mittels einer Leuchtdiodenanordnung aufgenommen, die einer der im Vorhergehenden erläuterten Leuchtdiodenanordnungen 10 entspricht, wobei die maximale Amplitude der Wechselspannung zu jedem Zeitpunkt kleiner war als die Summe der Wechselspannungen aller organischen
Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 in dem entsprechenden
Leuchtdiodenstrang 20. Daher haben die Verläufe 82, 84, 86 des Betriebsstroms immer eine Phasenverschiebung bezüglich des ersten Verlaufs 80 der angelegten Wechselspannung.
Der erste Verlauf 82 des Betriebsstroms wurde bei einem
Kurzschluss mit einem Kurzschlusswiderstand von 100 Ω
erfasst. Der zweite Verlauf 84 des Betriebsstroms wurde bei einem Kurzschluss mit einem Kurzschlusswiderstand von 10 Ω erfasst. Der dritte Verlauf 86 des BetriebsStroms wurde bei einem Kurzschluss mit einem Kurzschlusswiderstand von 5 Ω erfasst. Bei der angelegten Wechselspannung mit der
vorgegebenen Frequenz erfolgt der Nulldurchgang der Verläufe 82, 84, 86 umso früher, je größer der Kurzschlusswiderstand ist. Im Falle der angelegten Wechselspannung erfolgt einer der Nulldurchgänge des zweiten Verlaufs 84 des Betriebsstroms beispielsweise zu einem ersten Zeitpunkt Tl und einer der Nulldurchgänge des ersten Verlaufs 80 der Wechselspannung erfolgte beispielsweise zu einem zweiten Zeitpunkt T2. Das Zeitintervall zwischen dem ersten Zeitpunkt Tl und dem zweiten Zeitpunkt T2 definiert den Phasenwert DT der
Phasenverschiebung. Je früher der Nulldurchgang der Verläufe 82, 84, 86 der Betriebsströme erfolgt, desto größer ist der Phasenwert der entsprechenden Phasenverschiebung bezüglich der angelegten Wechselspannung.
Somit ist im fehlerfreien Fall, in dem kein Kurzschluss vorliegt und in dem der Kurzschlusswiderstand maximal ist, beispielsweise größer als 1 kQ, die Phasenverschiebung maximal, insbesondere ungefähr 90° , und der
Leuchtdiodenstrang 20 und insbesondere die organischen
Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 zeigen ein stark kapazitives Verhalten mit den dargestellten Phasenverschiebungen.
Beim Auftreten des Kurzschlusses nimmt mit zunehmender
Schwere des Kurzschlusses dessen Kurzschlusswiderstand ab, wodurch die Phasenverschiebung geringer wird, so dass der Leuchtdiodenstrang 20 und insbesondere die betroffene
organische Leuchtdiode 12, 14, 16, 18 mehr und mehr ein ohmsches Verhalten zeigt, bei dem zwischen der angelegten Wechselspannung und dem erfassten Betriebsstrom keine
Phasenverschiebung vorliegt.
Ferner kann dem Zeit-Strom/Spannung-Diagramm gemäß Figur 7 auch entnommen werden, dass mit abnehmendem
Kurzschlusswiderstand, also mit zunehmender Schwere des Kurzschlusses, der maximale Betriebswert des BetriebsStroms zunimmt .
Fig. 8 zeigt ein Zeit-Strom/Spannung-Diagramm, bei dem an der X-Achse die Zeit in ps und an der Y-Achse der erzeugte
Betriebsström I und die angelegte WechselSpannung U
angetragen sind. Das Zeit-Strom/Spannung-Diagramm zeigt einen zweiten Verlauf 90 der WechselSpannung und einen vierten Verlauf 92 des Betriebsstroms. Darüber hinaus zeigt das Zeit- Strom/Spannung-Diagramm einen dritten Zeitpunkt T3, einen vierten Zeitpunkt T4, ein fünften Zeitpunkt T5, und einen sechsten Zeitpunkt T6.
Der vierte Verlauf 92 des BetriebsStroms wurde bei einer anderen Frequenz der WechselSpannung und bei einem anderen Kurzschlusswiderstand aufgenommen als die in Figur 7
gezeigten Verläufe 82, 84, 86 des Betriebsstroms . Des
Weiteren wurden die Verläufe 90, 92 mittels einer
Leuchtdiodenanordnung aufgenommen, die einer der im
Vorhergehenden erläuterten Leuchtdiodenanordnungen 10
entspricht, wobei die Amplitude der Wechselspannung zwischen dem dritten Zeitpunkt T3 und dem vierten Zeitpunkt T4 und nach dem sechsten Zeitpunkt T6 größer ist als die Summe der Schwellenspannungen aller organischen Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 in dem entsprechenden Leuchtdiodenstrang 20. Daher hat der vierte Verlauf 92 des Betriebsstroms nur außerhalb dieser Zeitbereiche eine Phasenverschiebung bezüglich des zweiten Verlaufs 90 der angelegten Wechselspannung und innerhalb dieser Zeitbereiche keine Phasenverschiebung bezüglich des zweiten Verlaufs 90 der angelegten WechselSpannung.
Die abfallende Flanke des vierten Verlaufs 92 des
Betriebsstroms direkt nach dem vierten Zeitpunkt T4 ist noch vornehmlich durch den Vorwärtsstrom beeinflusst, der bis zu dem vierten Zeitpunkt T4 über die leuchtenden organischen Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 floss, weshalb sich der
Nulldurchgang des vierten Verlaufs 92 des Betriebsstroms bei dessen abfallender Flanke nicht zum Erfassen des Phasenwerts der Phasenverschiebung eignet. Der Nulldurchgang des vierten Verlaufs 92 des Betriebsstroms kann jedoch ohne weiteres an der steigenden Flanke des vierten Verlaufs 92 des
Betriebsstroms, insbesondere zu dem fünften Zeitpunkt T5, detektiert werden. Somit eignet sich das im Vorhergehenden erläuterte Verfahren zum Erkennen des Kurzschlusses auch in dem Fall, in dem die Amplitude der WechselSpannung die Summe der Schwellenspannungen der organischen Leuchtdioden 12, 14, 16, 18 überschreitet.
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Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erkennen eines Kurzschlusses einer
organischen Leuchtdiode (12, 14, 16, 18) eines
Leuchtdiodenstrangs (20) , bei dem
an den Leuchtdiodenstrang (20) eine WechselSpannung angelegt wird, deren Amplitude zumindest zeitweise kleiner ist als eine Summe der Schwellenspannungen aller organischer Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) des Leuchtdiodenstrangs (20), mindestens ein Betriebswert einer elektrischen
Betriebsgröße des Leuchtdiodenstrangs (20) erfasst wird, und der Kurzschluss als vorliegend erkannt wird, wenn der erfasste Betriebswert jenseits eines vorgegebenen
Schwellenwerts liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektrische
Betriebsgröße ein elektrischer Strom ist, der über den
Leuchtdiodenstrang (20) fließt, bei dem der Betriebswert ein Stromwert (II, 12) des Betriebsstroms ist und bei dem der vorgegebene Schwellenwert ein vorgegebener Stromschwellenwert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektrische
Betriebsgröße eine Phasenverschiebung zwischen der angelegten WechselSpannung und einem Betriebsstrom ist, der über den
Leuchtdiodenstrang (20) fließt, bei dem der Betriebswert ein Phasenwert (DT) der Phasenverschiebung ist und bei dem der vorgegebene Schwellenwert ein vorgegebener
Phasenschwellenwert ist .
4. Verfahren nach Anspruch 3 , bei dem der vorgegebene
Phasenschwellenwert in einem Bereich liegt zwischen 70° und 90°.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem zum Erfassen des Phasenwerts (DT) Nulldurchgänge eines Verlaufs (80, 90) der angelegten WechselSpannung und eines Verlaufs (82, 84, 86, 92) des BetriebsStroms erfasst und miteinander verglichen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem zum Erfassen des Phasenwerts (DT) eine ansteigende Flanke eines
Verlaufs (82, 84, 86, 92) des Betriebsstroms verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem zum Erfassen des Phasenwerts (DT) eine schnelle Fourier- Transformation durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem der Stromwert (II, 12) des Betriebsstroms und der Phasenwert (DT) der Phasenverschiebung erfasst werden und bei dem das Vorliegen des Kurzschluss erkannt wird, wenn der erfasste Stromwert (II, 12) größer als oder gleich groß wie der vorgegebene Stromschwellenwert ist und/oder wenn der erfasste Phasenwert (DT) kleiner als der vorgegebene
Phasenschwellenwert ist .
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Amplitude der Wechselspannung immer kleiner als die Summe der Schwellenspannungen der organischen Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) des Leuchtdiodenstrangs (20) ist.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Leuchtdiodenstrang (20) mindestens eine weitere organische Leuchtdiode (12, 14, 16, 18) aufweist, wobei die organischen Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) des
Leuchtdiodenstrangs (20) elektrisch in Reihe geschaltet sind, und
das Vorliegen des Kurzschlusses mindestens einer der organischen Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) des
Leuchtdiodenstrangs (20) erkannt wird, falls der Betriebswert jenseits des vorgegebenen Schwellenwerts ist.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die angelegte Wechselspannung sinusförmig ist.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die angelegte Wechselspannung einen vorgegebenen Offsetwert aufweist, der ungleich null ist.
13. Leuchtdiodenanordnung (10), aufweisend
einen Leuchtdiodenstrang (20) , der mindestens eine organische Leuchtdiode (12, 14, 16, 18) aufweist,
eine Spannungsquelle (22) , die mit dem
Leuchtdiodenstrang (20) elektrisch gekoppelt ist und die dazu eingerichtet ist, eine Wechselspannung an den
Leuchtdiodenstrang (20) anzulegen, wobei die Wechselspannung zumindest zeitweise kleiner als eine Summe der
Schwellenspannungen aller organischer Leuchtdioden (12, 14, 16, 18) des Leuchtdiodenstrangs (20) ist,
ein Messgerät (24) , das mit dem Leuchtdiodenstrang (20) elektrisch gekoppelt ist und das dazu eingerichtet ist, mindestens einen Betriebswert einer Betriebsgröße des
Leuchtdiodenstrangs (20) zu erfassen, und
ein Steuergerät (26) , das mit der Spannungsquelle (22) und dem Messgerät (24) elektrisch gekoppelt ist und das dazu eingerichtet ist, das Vorliegen eines Kurzschlusses
mindestens einer organischen Leuchtdiode (12, 14, 16, 18) des Leuchtdiodenstrangs (20) zu erkennen, falls der erfasste Betriebswert jenseits eines vorgegebenen Schwellenwerts liegt.
14. Leuchtdiodenanordnung (10) nach Anspruch 13, bei der zu mindestens einer organischen Leuchtdiode (12, 14, 16, 18) des Leuchtdiodenstrangs (20) ein Kondensator (60, 62, 64) elektrisch parallel geschaltet ist.
15. Leuchtdiodenanordnung (10) nach Anspruch 14, bei der zu jeder organischen Leuchtdiode (12, 14, 16, 18) des
Leuchtdiodenstrangs (20) je ein Kondensator (60, 62, 64) elektrisch parallel geschaltet ist.
PCT/EP2016/068027 2015-07-31 2016-07-28 Verfahren zum erkennen eines kurzschlusses einer organischen leuchtdiode eines leuchtdiodenstrangs und leuchtdiodenanordnung Ceased WO2017021272A1 (de)

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