专利名称：用于确定led/oled设备的状态和/或条件的方法以及诊断设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于确定LED/OLED设备的状态和/或条件的方法。进一 步地，本发明还涉及用于确定LED/OLED单元的状态和/或条件的诊断设 备。
背景技术：
作为照明元件，LED和0LEDi殳备不^又在4支术应用领域中而且在私人 家用领域中变得越来越流行。不管什么应用，总是期望LED/OLED设备 甚至在较长的时期内也辐射具有相同强度的光。由于老化影响，尤其是 对于OLED设备而言，光输出在没有补偿的情况下会下降。因此，必须 对该老化进行补偿以便使光输出保持恒定。
而且，还期望用于给LED/OLED设备供电的驱动电路可以被操作以 确保恒定的光输出而与LED/OLED设备的大小无关。例如，具有不同片 (Ule)数的OLED发光体要求调节OLED电流。换言之，驱动电路应当 是可缩放的。
为了便于家庭环境中的使用，期望自动地实施这些操作。用户应当 不必执行任何控制或调节。
现有技术已经采用简单的静态测量，其仅传送用于确定LED/0LED 设备的状态或条件的一个参数来补偿老化，等等。这个参数例如是正向 电压或IV曲线的斜率或阻抗值。
静态测量易于受到场条件下的电噪声和干扰的影响。为了减少参数 检测期间的干扰，可以使用滤波。然而这是非常昂贵的，因为无源部件 的大小随频率缩放并且对DC而言最昂贵。此外，静态测量根据两个(或 更多)大信号工作点的差别导出差动特性。非常不可靠的过程。
当一个以上OLED参数(诸如OLED的大小)必须被确定时，会出现
现有技术的进一步限制和问题。为了通过静态测量来确定大小，非线性 IV特性的参数将被用作度量。假设具体的IV特性 i = a (v-Vf)b增益因子"a"是对给定的vf、 b而言对OLED大小的度量。在下文 中，将给出两个示例来确定增益因子"a"，其中在第一情况下vf和b 是已知的，而在第二情况下vf还是未知的。
为了确定增益"a" ， OLED用测试电流Im进行驱动，测试电流Im 必须足够低以避免破坏0LED。然后，测量0LED两端的电压vm。现在增 益能够被计算
<formula>formula see original document page 5</formula>
这种方法操作起来相当容易，然而要求知道0LED特性b和正向电
压vf。然而正向电压在很大程度上取决于温度，使得对于提高精度而言 必须还把vf看作未知数，所以必须进行额外的测量。
在第二情况下，有两个未知数，使得必须进行至少两次测量
<formula>formula see original document page 5</formula>
针对vf和a求解这两个方程则给出
<formula>formula see original document page 5</formula>
显然，这种方法能够扩展到更多的OLED参数以便表征特定系列的 各种不同的OLED。然而，问题在于基本方程变成非线性。方程的形式本 身与设备有关，所以没有用于确定OLED参数的简单标准化程序。实际 上，静态测量典型地限于确定一个单一的参数。此外，静态测量易于受 到电噪声和干扰的影响。滤波是很昂贵的，因为无源部件的大小随频率 缩放并且对DC而言最昂贵。此外，静态测量根据两个(或更多)大信 号工作点的差别导出差动特性。 一个在数值上有噪声的程序
发明内容
鉴于以上所述，本发明的目的是提供一种用于确定LED/OLED设备 的状态和/或条件的方法和设备，其与静态测量相比允许扩展LED/OLED 设备的一个以上参数的确定。本发明的另一目的是实现自动操作该方 法。
这些以及其他目的是通过包括以下步骤的方法解决的 将至少一个时变信号施加到LED/OLED设备， 获得对所述至少 一 个时变信号的响应， 将所述响应与预定值相关联，以及 基于关联结果，确定状态/条件。 在优选实施例中，该方法包括以下步骤 将一组时变信号施加到LED/OLED设备； 获得对所述信号的响应； 基于所述响应，确定所述设备的阻抗值；
将阻抗值与所述LED/OLED设备的等效电路网络的预定^t型值进行 匹配，以-使得所述电3各网络的阻抗对应于所确定的阻抗值，以及
确定所匹配的等效电路网络的电路元件，在此基础上，确定所述状 态和/或条件。
与静态测量相比，本发明方法允许扩展到更多的LED/OLED参数。 并且更重要的是该方法能够被自动化。
本发明方法的大体构思是利用小信号测量，其中LED/OLED设备的 响应用来确定LED/OLED模型的电路元件。这些电路元件能够与 LED/OLED的特性(诸如光效率、温度、老化、影响、大小、类型等)相 关联。
根据优选实施例，本发明利用如下事实LED/0LED设备、尤其是其 电行为可以基于等效电路网络来建模。这个网络的一些或全部元件具有 对应于待确定的LED/0LED参数的物理意义。 一旦知道了网络元件，也 就知道了 LED/0LED特性。
例如，0LED模型是包括电阻和串联的与二极管并联的电容的简单三 元件网络。
例如，电容值是针对非缺陷0LED的大小或非本征缺陷的大小/数量 的度量。二极管上的IV曲线的斜率是针对老化、本征缺陷(对已知大 小而言)的度量。而且，IV曲线参数是针对0LED类型、其大小和温度的度量。
为了确定等效电路网络的电路元件和参数，LED/OLED设备的复阻抗 是针对一组离散频率测量的。 一旦知道了这些阻抗值，就以等效电路网 络的阻抗对应于这组测量的阻抗值的方式确定电路元件。这种匹配能够 通过熟知的数学方法来完成。
时变信号优选地是从以下信号的组中选出的正弦信号，线性调频 信号(chirp signal)，宽带信号，窄带(sma 1 lband )信号，单频信 号，多频信号，阶跃信号或者斜坡信号。
要注意的是，只要其他信号不是纯DC信号则也可以使用它们。重 要的是，向LED/OLED设备施加的信号随时间而变化，这对于确定等效 电路网络的阻抗而言是必要的。
根据本发明的方法允许将LED/OLED设备的光效率或缺陷数确定为 状态。而且，本发明方法可以用来将与预期寿命相关的老化、预期寿命、 类型、大小或过热确定作为LED/OLED设备的条件。
本发明的目的还通过一种用于确定LED/OLED单元的状态和/或条件 的诊断设备来实现，该诊断设备包括
第一装置，用于生成一组时变信号并将其施加到所述LED/0LED单
元；
第二装置，用于获得对所述被施加信号的响应； 第三装置，用于将所述响应与预定值相关联；以及 第四装置，用于基于关联结果来确定状态和/或条件。 优选地，诊断设备的第三装置包括用于基于所述响应确定所述设 备的阻抗值的装置、以及用于将阻抗值与所述LED/0LED设备的等效电 路网络的预定模型值进行匹配的装置，以使得所述电路网络的阻抗对应 于所确定的阻抗值，其中所述第四装置确定所匹配的等效电路网络的电 路元件，在此基础上，确定所述状态和/或条件。
本发明诊断设备允许执行如上所述的本发明方法。该诊断设备允许 实现上面阐述的相同优点。尤其是，可以自动确定状态和/或条件，例
预期寿命、过热、类型:大小等等。LED/OLED单元的用户将不会意识到
诊断设备的操作，原因在于所施加的时变信号;f艮小并且因此不会导致
LED/OLED单元的照明。利用本发明诊断设备，可以确定不止一个参数，如老化、光效率等
等，从而能够在LED/0LED单元的操作期间进行调节。因此，例如可以 在LED/OLED单元的寿命期间补偿老化影响。
在优选实施例中，将诊断设备集成到LED/OLED单元中。然而，要 注意的是，诊断设备还可以被设置为单独的部件。
从以下描述和附图中，可以了解进一步的特征和优点。
应当理解，上面提及的特征以及仍将在下面解释的那些特征不仅能 够以所指出的相应组合的方式而且能够以其他组合方式使用或单独地 使用，而不偏离本发明的范围。
本发明的实施例在附图中示出并且将在下面的参照相同的附图的 描述中进行更详细的解释。在附图中
图1是本发明诊断设备和OLED单元的示意框图； 图2a和2b是图解说明与OLED设备耦合的诊断设备的两种不同设 计的示意框图3示出OLED单元的等效电路的框图4示意性示出OLED单元的一般结构和用于确定其电容和电感的 公式；
图5是图解说明本发明的方法的步骤的框图6是示出作为偏置相关(Vb )的三元件电路的阻抗行为模型的图7是图解说明通过在fl或f2的采样测量来计算在偏置点 Vb=Udc=0V时OLED自身电容的示意图8是图解说明通过在两个频率fl和f 2的采样测量来计算自身电 容Cd和ito电阻Rn。的示意图9是图解说明柯耳-柯耳(cole-cole)阻抗图中的半径和偏移 与OLED ito电阻Ru。和IV特性斜率Rd之间的关系的示意图IO示出图解说明三阶小信号非线性OLED模型的图，尤其是电路 元件与右手侧的等效网络的电压相关性；
图11示出对于幅度和相位的阻抗图图IO所示模型的测量与模型 数据(线)的对比；以及
图12示出图解说明静态0LED特性的图。
具体实施例方式
在图1中，示出了用于确定OLED单元10的状态和/或条件的诊断 设备的示意框图并且用附图标记20来表示。要注意的是，诊断设备20 被示出并且仅用于说明性目的，而其意图不是将本发明的理念限制于这 个设备20的结构。
诊断设备20可以是OLED单元10的一部分或者可以被单独地提供。 OLED (有机发光二极管)单元10可以被提供为包括一个或多个有机发 光二极管片(tile)的单元，这些有机发光二极管片可以共同地或彼此独 立地被驱动。要注意的是，虽然本实施例的诊断设备20与OLED设备10 一起操作，但是OLED单元IO还可以用LED单元或这两种发光二极管类 型的组合来替代。
OLED 10与至少用作用于驱动OLED 10的驱动器的电源12相连接。 电源12可以连接到电源电压(mains voltage)或者可以包4舌用于供电 的电池或蓄电池。
诊断设备20包括适于生成时变信号的时间信号发生器22，时变信 号的电压电平经选择从而使得OLED的操作不受影响。将时变信号添加 或叠加到提供给OLED IO的供电电压。
诊断设备20还包括响应测量单元24，所述响应测量单元24耦合到 OLED 10并且适于测量对供给的时变信号的响应信号。例如，在OLED的 供给线中，尤其是在与地耦合的线中，电流测量探测器25被提供并且 与响应测量单元24的信号输入端耦合。然而，要注意的是，电流测量 探测器25仅仅是适合用于测量响应信号的不同探测器中的一个示例。
诊断设备20还包括阻抗确定单元26,其从响应测量单元接收测量 信号并且将阻抗值供给到匹配单元28。匹配单元28进而与数据库30耦 合以及与状态/条件确定单元32耦合。
如图2a和2b所示，诊断设备20可以被设置为包含时间信号发生 器22、响应测量单元24、阻抗确定单元26、匹配单元28和状态/条件 确定单元32的微处理器40。可选地，微处理器40还可以包含数据库 30。然而，这个数据库30还可以被单独地提供。
在图2a中，指示了被供给到OLED 10的信号和由探测器25传送的 测量信号均被驱动器放大器42放大。在图2b中，示出了前述实施例的替代方案。与前述情况相比，这 里微处理器40不包含时间信号发生器22。相反，这个电路22是电源 12的一部分。不过，这两个实施例以相同的方式操作，这将在下面进行 "^纟田4笛述。
诊断设备20的操作基于如下思想0LED电行为可以基于电等效网 络来建模。这个网络的一些或全部元件具有与要被确定的0LED参数对 应的物理意义。 一旦知道了网络元件，也就知道了OLED特性。0LED才莫 型的典型示例是如图3所示的简单3元件网络。这个等效电路网络50 包括代表OLED的ito电极电阻的电阻Rit。。与该电阻串联的是电容C和 二极管的并联。
采用这个电学等效电路50,电容C是对非缺陷性0LED的大小和/ 或非本征缺陷的大小/数量的度量。而且，电流电压(IV)曲线I (V) 的斜率是对0LED的老化和本征缺陷(对已知大小而言)的度量。此外， IV曲线参数是OLED类型、其大小和温度的度量。因此，诊断设备10的
态/条件。 * ' 、 口 " 、'、
在本发明的上下文中，状态意指例如0LED的光效率(即L0/1)或 者缺陷数、大小或类型的度量。"条件"意指0LED的与预期寿命相关 的老化或预期寿命或温度/过热。
为了确定电路元件，诊断设备使用向0LED供给的时变信号和由电 流测量探测器25提供的响应信号来针对一组离散频率测量0LED 10的 复阻抗。 一旦知道了这些阻抗值，就以等效网络的阻抗对应于这组测量 的阻抗值的方式确定电路元件。换言之，将所确定的复阻抗值与在数据 库中存储的并且属于给定电路元件的阻抗值进行比较。因此，数据库包 括针对这组离散频率和等效电路网络的多个不同电路元件所确定的多 个复阻抗值。
在数据库中寻找阻抗值的最佳匹配的匹配能够通过公知的数学方
法来完成。下面将给出各种示例。
在第一示例中，这些参数是通过OLED阻抗行为的渐近分析导出的。 为了确定斜率和电容，可以使用阻抗测量。这是通过引入具有频率 fm和已知电流幅度Im的小ac信号来完成的。测量OLED电压vm并且能 够计算出复阻抗值Zm-Vm/Im。对不同DC工作点重复这个测量，能够计算出一组阻抗值Z1、 Z2,...。
通过渐近分析，能够容易地把OLED电路元件与少量的测量值相关 联。这在图6的图片中被示出，其中示出了不同工作点的阻抗图。
定性地，阻抗曲线能够用直线来渐近拟合并且与电路元件相关联
,.Cd.Rd' to ， . f l+j'co--l+j■_
z(t) =-= (Ritf、+ R<i)--二 zn--
zlow= Rko+ Rd f<<fl fl = Rd—ito'C(l zhigh= Rito ^〉^2 6 = Cd
例如，对于低于正向电压Vf的操作电压，OLED设备表现出电容行
为。阻抗图为直线。经由以下关系，单一测量就足以确定OLED电容 Cd = 1/ ( 2*pi*f*Zm)。
在所呈现的示例中，OLED阻抗为Zl = 34k Ohms S) lkHz。所得到的 电容为Cd = 4. 7nF。
另一测量(例如在f2 = lOOKHz进行，阻抗值Z2- 340 Hz)将得到 相同电容Cd = 4. 7nF。这样，能够在不同频率下进行若干测量以提高用 于估计OLED自身电容的冗余度。 一旦知道了自身电容，也就知道了大 小。为了计算大小，使用简单的平行板电容器公式，如图4所示。
对于给定的工作点，如图12所示的IV曲线的斜率-由阻抗Rd表 示-对应于阻抗图中的水平线，，ii殳小ito电阻。应当注意，ito电阻 能够根据在高于第二拐角频率的高频下的单一阻抗测量来确定。
这个简单示例表明，能够通过三次阻抗测量和应用简单公式而容易
地导出三个参数。当然必要的是改进在场条件下的鲁棒性从而提高测量 次数，即，例如在本情况下将测量的阻抗值与直线的斜率和偏移相关联。 在第二示例中，这些参数是根据OLED阻抗的低通行为(拐角频率
fl )导出的。1 +j.co
7/A&0 ^+~^ 、 Rd+Rito 7
l + ko.Cd.Rd
+ j.O).Cd.Rd
Zlow= Rito+ & f<<fl fl = ito'Cd
Zhigh= Rito &>f2 f2 = Cd'Rd
在第三示例中，这些参数是根据OLED阻抗的cole-cole图的几何 参数(半径和偏移)导出的。
针对具有5个不同电容值的OLED系列，图9描绘了 OLED阻抗的 cole-cole图。还示出了对应的阻抗图(相位和幅度)。阻抗图例i正了 0LED的变化的自身电容的影响对于较小自身电容、即较小面积的OLED, 两个拐角频率均移动到较高频率。有趣的是看到在cole-cole图中所得 到的OLED特性能够用具有特定半径和偏移的圆来近似。这两个值都与 自身电容无关。这还能够通过分析证实
偏移=R"。 + Rd/2 半径=Rd/2
迄今针对简单3元件模型所示出的还能够被扩展到更高阶的模型。 一般而言，OLED对于给定DC工作点的小信号响应能够通过分子和分母 分别为(n，m)阶的有理多项式来描述
b0'co十b.co +b2'w +..... + bn'w
Z((o)=-
0 12 m
a(yco 十ai'co + a2'w + ..... + am'co
图10示出了 ( 3， 3)模型的特定情况。
用有理多项式函数来建模(即匹配所测量的阻抗行为)能够通过公 知的方法来完成。结果示于图11中，其中在宽的频率范围内高精度地 描述了 OLED阻抗行为。这允许^艮好地表征OLED。
在确定了 OLED模型参数之后，必须在参数和期望的OLED特性之间 进行关联。示例是OLED自身电容和OLED大小。
如图4所示，尤其是在所施加的电压低于正向电压时，OLED本身就 像平行电容器一样运转。
自身电容与面积成线性缩放，即当面积加倍时，自身电容也加倍。 重要的是意识到这种说法仅在几乎没有电流流过时才成立，否则电容会由于在整个面积上的非线性电流分布而发生变化。
OLED大小和电容之间的关联很容易。通常，已知给定大小Ao的电 容Co,使得对于测量的电容Cm,大小为 Am = Ao*Cm/Co。
在图5中，诊断设备20的操作示意性地以框图形式示出。如前面 已经提到的，时间信号发生器22生成时变信号，方框62。这些时变信 号被供给到OLED 10并且OLED的响应信号^皮响应测量单元64测量和采 样，方框64。然后，阻抗确定单元计算阻抗，方框68,并且将所计算 的值与数据库30中存储的OLED模型参数进行关联或匹配，方框70。然 后有了电^各元件，可以确定0LED特性，即状态和,/或条件，方框72。
总而言之，上面描述的发明方法和诊断设备使得LED或0LED设备 的状态与LED或OLED对时变小信号的响应相关联。该方法能够被OLED 驱动器控制器和/或诊断设备使用以检测OLED老化的状态、预测OLED 老化、在各种老化类型之间进行区分、识别各种类型的OLED或识别各 种类型的缺陷。
所提出的方法由所述诊断设备使用，该诊断设备可以集成到OLED 内或者可以作为单独的设备被连接。应用领域例如是通用驱动器。这里， 灯参数的自动确定例如允许将驱动器操作适配为确保恒定的光输出而 与OLED的大小无关。示例是具有不同片数的OLED发光体。片数被自动 检测并且驱动器调节OLED电流(可缩放的驱动器)。
进一步的应用领域是老化补偿。这里，驱动器调节OLED电流以补 偿老化影响，否则这会降低光输出(主动老化补偿)。
进一步的应用领域是缺陷分析。这里，可以在生产期间检测有缺陷 的OLED。
最后但并非最不重要，进一步的应用领域是OLED诊断。这里，可 以检查OLED的状态，这能够例如用于零售业中作为商店中的客户服 务或者紧急照明灯状态可以在对其不操作的情况下祐」险查。
权利要求
1.一种用于确定LED/OLED设备的状态和/或条件的方法，包括以下步骤将至少一个时变信号施加到LED/OLED设备，获得对所述至少一个时变信号的响应，将所述响应与预定值相关联，以及基于关联结果，确定状态/条件。
2. 根据权利要求l的方法，其中关联的步骤包括 基于所述响应，确定所述设备的阻抗值；将阻抗值与所述LED/0LED设备的等效电路网络的预定模型值进行 匹配以使得所述电3各网络的阻抗对应于所确定的阻抗值，以及确定所匹配的等效电路网络的电路元件，在此基础上，确定所述状 态和/或条件。
3. 根据权利要求1或2的方法，其中所述时变信号是从包括以下 信号的组中选出的正弦信号，线性调频信号，宽带信号，窄带信号， 单频信号，多频信号，阶跃信号或者斜坡信号。
4. 根据权利要求l、 2或3的方法，其中所述响应是电压、电流、 阻抗或者电导。
5. 根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所述状态可以是 LED/0LED的光效率、缺陷数的度量、类型或大小。
6. 根据权利要求1-5中任一项的方法，其中所述条件可以是与预期寿命相关的老化、预期寿命或过热。
7. 根据权利要求1-6中任一项的方法，其中IV曲线的斜率和设备 的阻抗是从所确定的阻抗值导出的，所述变化信号是具有频率fm和已 知电流幅度Im的ac信号。
8. 根据权利要求1-7中任一项的方法，其中所述时变信号是不能 操作LED/OLED设备的小信号。
9. 一种用于确定LED/0LED单元的状态和/或条件的诊断设备，包括第一装置(22 )，用于生成一组时变信号并将其施加到所述LED/0LED 单元；第二装置(24、 25),用于获得对所述被施加信号的响应；第三装置(26、 28、 30),用于将所述响应与预定值相关联；以及 第四装置(32)，用于基于关联结果来确定所述状态和/或条件。
10. 根据权利要求9的诊断设备，其中所述第三装置(26、 28、 30) 包括用于将阻抗值与所述LED/0LED设备的等效电路网络的预定才莫型值 进行匹配的装置(28),以使得所述电路网络的阻抗对应于所确定的阻 抗值。
11. 根据权利要求9或10的诊断设备，其中所述时变信号被耦合 到与所述LED/0LED单元耦合的驱动电3各的驱动信号中。
12. 根据权利要求9或10的诊断设备，包括用于驱动所述LED/OLED 单元的驱动电路，其中所述第 一装置是所述驱动电路的一部分。
13. 根据权利要求9或10中任一项的诊断设备，其中所述第一、 第二、第三和/或第四装置被设置为微处理器M0)和/或PIC (可编程 集成电路)和/或ASIC和/或模拟电路。
14. 根据权利要求9-13中任一项的诊断设备，其中所述笫三装置是利用局部存储器可编程的。
15. 根据权利要求9或10的诊断设备，其中所述第一到第四装置 以分布方式进行布置。
16. 根据权利要求9-15中任一项的诊断设备，其中所述时变信号 被耦合到与所述LED/0LED单元连接的另一单元，以用于确定所述另一 设备的状态和/或条件。
17. 根据权利要求16的诊断设备，其中所述另一设备是供给所述 LED/OLED单元(10)的电池。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定LED/OLED设备10的状态和/或条件的方法，包括以下步骤将至少一个时变信号22施加到LED/OLED设备；获得对所述至少一个时变信号的响应24；将所述响应与预定值30相关联；以及基于关联结果来确定状态/条件32。进一步地，本发明涉及适于实施本发明方法的设备。
文档编号G01R31/26GK101652669SQ200880011172
公开日2010年2月17日 申请日期2008年3月27日 优先权日2007年3月30日
发明者D·亨特, J·H·A·M·雅各布斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司