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この項目の情報は公開日時点(2000年10月24日)のものです。
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図面 (6)

課題

簡単な構成で安価に製造可能であり、明るく高品質発光表示を可能にする有機EL素子とその駆動方法を提供する。

解決手段

ガラス石英樹脂等の透明基板の表面にITOやSnO2等の透明な電極材料により形成された透明電極と、上記透明電極に積層された有機EL材料からなる発光層12と、この発光層12に積層され、透明電極に対向して単位発光画素10a毎に形成された背面電極とを有した有機EL素子である。単位発光画素10a毎の各背面電極が、各々サイリスタ特性を有する素子に接続されている。サイリスタ特性を有する素子20は、カルコゲン化物ガラス26よりなる。

概要

背景

従来、有機EL(エレクトルミネッセンス素子は、透明な基板透光性ITO膜を一面に形成し、所定のストライプ状等の形状になるようにエッチングして透明電極を形成し、さらにこの透明電極の表面に発光層を形成している。この発光層は、有機EL材料であり、α−NPDやトリフェニルジアミン誘導体TPD)等のホール輸送材料を設け、その上に発光材料であるアルミキノリール錯体(Alq3)等の電子輸送材料、さらに各種発光材料を積層したものや、これらの混合層からなる。そしてこの発光層の表面で、透明電極と直交する方向に、Al,Li,Ag,Mg,In等の金属からなるストライプ状の背面電極が透明電極と対向するように設けられ、発光部を形成している。そして発光部において、透明電極と背面電極間に電圧印加し、これら各電極が形成するストライプの交点で発光する、いわゆる単純マトリックスタイプの発光装置が一般的であった。

このような有機EL素子駆動方法は、ITOの抵抗値がAl−Liよりも高いので、Al−Liの背面電極側を走査電極として、ITOの透明電極側では並列に信号を出す線順次走査法が用いられ、例えば1秒間に30画面を表示するものであった。

概要

簡単な構成で安価に製造可能であり、明るく高品質発光表示を可能にする有機EL素子とその駆動方法を提供する。

ガラス石英樹脂等の透明基板の表面にITOやSnO2等の透明な電極材料により形成された透明電極と、上記透明電極に積層された有機EL材料からなる発光層12と、この発光層12に積層され、透明電極に対向して単位発光画素10a毎に形成された背面電極とを有した有機EL素子である。単位発光画素10a毎の各背面電極が、各々サイリスタ特性を有する素子に接続されている。サイリスタ特性を有する素子20は、カルコゲン化物ガラス26よりなる。

目的

この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で安価に製造可能であり、明るく高品質な発光表示を可能にする有機EL素子とその駆動方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

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請求項1

透明基板の表面に、透明な電極材料により形成された透明電極と、上記透明電極に積層された有機EL材料からなる発光層と、この発光層に積層され、上記透明電極に対向して単位発光画素毎に形成された背面電極とを有した有機EL素子において、上記単位発光画素毎の各背面電極が、各々サイリスタ特性を有する素子に接続されていることを特徴とする有機EL素子。

請求項2

上記サイリスタ特性を有する素子は、カルコゲン化物ガラスよりなることを特徴とする請求項1記載の有機EL素子。

請求項3

透明基板の表面に、透明な電極材料により形成された透明電極と、上記透明電極に積層された有機EL材料からなる発光層と、この発光層に積層され、上記透明電極に対向して単位発光画素毎に形成された背面電極とを有した有機EL素子の駆動方法において、上記単位発光画素毎の各背面電極が各々サイリスタ特性を有する素子に接続され、上記発光層に接続された上記サイリスタ特性を有する素子が、発光画面上で順に発光するように走査され、その走査に従って上記単位発光画素が、導通または非導通状態を維持するように駆動することを特徴とする有機EL素子の駆動方法。

請求項4

上記透明電極は一定のプラス電位V1、背面電極の電位をV2とし、それにつながる上記サイリスタ特性を有する素子を介して接続される走査電極の電位をV3とし、上記背面電極に抵抗を介してつながる並列入力電位をV4とすると、上記発光層の各画素を走査して点灯する場合は上記V3を低電位として、上記サイリスタ特性を有する素子を導通させる電位にV4を設定し、上記発光層を点灯させない場合は上記サイリスタ特性を有する素子を導通させない電位に上記V4を設定して、上記発光層の点灯を制御し、上記各画素を走査しない場合はV4の電位に関わらず上記サイリスタ特性を有する素子が導通または非導通状態を維持するようにV3,V4を設定することを特徴とする請求項3記載の有機EL素子の駆動方法。

技術分野

0001

この発明は、平面光源ディスプレイ、その他所定のパターン等の発光表示に用いられる有機EL素子とその駆動方法に関する。

背景技術

0002

従来、有機EL(エレクトルミネッセンス素子は、透明な基板透光性ITO膜を一面に形成し、所定のストライプ状等の形状になるようにエッチングして透明電極を形成し、さらにこの透明電極の表面に発光層を形成している。この発光層は、有機EL材料であり、α−NPDやトリフェニルジアミン誘導体TPD)等のホール輸送材料を設け、その上に発光材料であるアルミキノリール錯体(Alq3)等の電子輸送材料、さらに各種発光材料を積層したものや、これらの混合層からなる。そしてこの発光層の表面で、透明電極と直交する方向に、Al,Li,Ag,Mg,In等の金属からなるストライプ状の背面電極が透明電極と対向するように設けられ、発光部を形成している。そして発光部において、透明電極と背面電極間に電圧印加し、これら各電極が形成するストライプの交点で発光する、いわゆる単純マトリックスタイプの発光装置が一般的であった。

0003

このような有機EL素子の駆動方法は、ITOの抵抗値がAl−Liよりも高いので、Al−Liの背面電極側を走査電極として、ITOの透明電極側では並列に信号を出す線順次走査法が用いられ、例えば1秒間に30画面を表示するものであった。

発明が解決しようとする課題

0004

上記従来技術のEL素子の単純マトリックス駆動の場合、微細な表示を行うためのものや大画面化した場合、ドット数を多くする必要があるため背面電極のストライプ数が多くなり、1ライン当たりの発光時間が短くなってしまい画面が暗くなるものであった。ここで例えば、画面の周期を1/30秒、走査する背面電極の本数をnとすると、透明電極は並列に駆動されるので、背面電極との交点での点灯時間は1/(30・n)秒である。実験的には、走査する背面電極の本数が128を超えると、1発光素子あたりの発光時間が短く、画像が暗く質が悪くなってしまうものであった。

0005

また、TFT(薄膜トランジスタ)を用いた駆動回路を利用することにより上記問題点は解決され得るが、TFTは高価であり、EL素子を利用した表示装置の価格も高くなってしまうものであった。そこで、本願出願人は、画面分割した駆動方法を提案しているが、分割画面並列駆動するための引き出し線が多くなり配線が複雑になるとともに、駆動IC等の部品も増えるという問題があった。

0006

この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で安価に製造可能であり、明るく高品質な発光表示を可能にする有機EL素子とその駆動方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

この発明の有機EL素子は、ガラス石英樹脂等の透明基板の表面にITOやSnO2等の透明な電極材料により形成された透明電極と、上記透明電極に積層された有機EL材料からなる発光層と、この発光層に積層され、上記透明電極に対向して単位発光画素毎に形成された背面電極とを有した有機EL素子であって、上記単位発光画素毎の各背面電極が、各々サイリスタ特性を有する素子に接続されている有機EL素子である。上記サイリスタ特性を有する素子は、カルコゲン化物ガラスよりなる。

0008

またこの発明は、透明基板の表面に、透明な電極材料により形成された透明電極と、上記透明電極に積層された有機EL材料からなる発光層と、この発光層に積層され、上記透明電極に対向して単位発光画素毎に形成された背面電極とを有した有機EL素子の駆動方法であって、上記単位発光画素毎の各背面電極が各々サイリスタ特性を有する素子に接続され、上記発光層に接続された上記サイリスタ特性を有する素子が発光画面上で順に発光するように走査され、その走査に従って上記単位発光画素が、導通または非導通状態を維持するように駆動する有機EL素子の駆動方法である。

0009

また、上記透明電極は一定のプラス電位V1、背面電極の電位をV2とし、それにつながる上記サイリスタ特性を有する素子を介して接続される走査電極の電位をV3とし、上記背面電極に抵抗を介してつながる並列入力電位をV4とすると、上記発光層の各画素を走査して点灯する場合は上記V3を低電位として、上記サイリスタ特性を有する素子を導通させる電位にV4を設定する。上記発光層を点灯させない場合は、上記サイリスタ特性を有する素子を導通させない電位に上記V4を設定して、上記発光層の点灯を制御する。さらに、上記各画素を走査しない場合は、上記走査電極の電位V3は、V4の電位に関わらず上記サイリスタ特性を有する素子が導通または非導通状態を維持するようにV4及び上記抵抗体の抵抗値を設定する。また、この各発光画素の明るさは、上記サイリスタ特性を有する素子により上記発光層が点灯する時間により制御する有機EL素子の駆動方法である。

発明を実施するための最良の形態

0010

以下、この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図1図4はこの発明の有機EL素子の一実施形態を示すもので、この実施形態のEL素子10は、ガラスや石英、樹脂等の透明基板の一方の表面に、必要に応じてSiO2等の透明絶縁体層を介して、全面に透明電極層が設けられているものである。透明電極は、ITOやSnO2等からなり、1000〜2000Åの厚さに形成されている。

0011

透明電極層の表面には、必要に応じて設けられた銅フタロシアニン(CuPc)等のバッファー層が形成されている。バッファー層は、2000〜2500Åの厚さに形成されている。このバッフファ層を通常の厚さよりも厚く積層して、立ち上がり電位を5V程度に高め、耐電圧及び信頼性を高めている。そして、この有機EL素子の動作電位を10V程度とし、100カンデラ程度の明るさにすることによって、後述するサイリスタ素子動作レベルをあわせやすくしている。

0012

そしてこのバッファー層に、発光層12が積層されている。発光層12は、500Å程度の厚さのホール輸送材料、及び500Å程度の厚さの電子輸送材料からなる。ホール輸送材料は、透明電極およびその間に露出した透明絶縁体層等の全面に積層されている。

0013

ここで、発光層12は、ホール輸送材料としては、α−NPD、トリフェニルジアミン誘導体(TPD)、ヒドラゾン誘導体アリールアミン誘導体等がある。また、電子輸送材料の赤色発光材料としてはDCM、青色発光材料としては、ジスチリルビフェニル誘導体DPVBi)、緑色発光材料としてはアルミキノリール錯体(Alq3)等の有機EL発光材料を使用する。さらに適宜の発光材料を混合しても良い。

0014

発光層12の電子輸送材料には、透明電極層と対向し、この有機EL素子10の各発光画素10a毎に独立して設けられた背面電極が積層されている。背面電極は、Al,Li,Ag,Mg,In,Cs等を含む金属薄膜からなり、各発光画素10a毎に開口したマスクを用いた真空蒸着等により形成されたものである。そして、背面電極は、各発光画素10a毎に開口した絶縁層により覆われている。この絶縁層はSiO等を、1000Å程度に厚さに積層したものである。

0015

発光層12上の背面電極は、ガラスやセラミックスその他絶縁性絶縁基板14と対面している。絶縁基板14の背面電極側には、図1図2に示すように、各発光画素10a毎に形成されたサイリスタ素子20に接続されている。サイリスタ素子20には、Cr−SiO等の材料を付着して各発光画素10a毎に250ないし500kΩ程度の抵抗値となるように抵抗体18が各々接続して形成されている。さらに、図面上でX方向に絶縁基板14の表面で、互いに離間して複数列形成されたX方向導体24が形成されている。X方向導体24は、Al等をマスク蒸着とエッチング等により形成され、各発光画素10a毎に舌片状部22が一体に形成されている。その上に、舌片状部22の中央部が開口し、さらに、抵抗体18の端部にも開口した絶縁層28がSiO2等により形成されている。この舌片状部22の絶縁層28の開口部には、サイリスタ素子20を構成するカルコゲン化物ガラス層26が1μm程度の厚さに形成されている。さらに、カルコゲン化物ガラス層26には、導電性の背面電極接続部30がAl等で形成されている。

0016

また、X方向導体24と直交する方向にY方向導体32が形成されている。Y方向導体32は、X方向導体24と絶縁層28を介して交差しており、抵抗体18の他方の端部と接続している。さらに、絶縁層28の抵抗体18の一端部と絶縁層28の開口部を介して接続するとともに、カルコゲン化物ガラス26に接続するAl等の導体34を蒸着とエッチング等で形成する。そして、抵抗体18等を覆うとともに背面電極接続部30が露出するように開口したSiO2等の絶縁層38が形成されている。

0017

このサイリスタ素子20を有した絶縁基板14は、透明基板に形成された各発光画素10a毎の背面電極に背面電極接続部30が対応するようにして、厚み方向に導電性を有する異方性導電体を介して透明基板と接続する。そして、透明基板の周囲を密封し、接着時に真空引きして発光部を密閉する。これにより、各発光画素10a毎に背面電極とサイリスタ素子20が接続する。

0018

次に、この実施形態の有機EL素子の駆動方法について説明する。ここで、発光層12は5Vで発光し、10Vで150cd/m2程度の明るさを有し、0.33mm角の抵抗値が約500kΩのものである。サイリスタ素子20のカルコゲン化物ガラスは、例えば、As30:Te48:Ge10:Si12の比率のものである。この素子のスレッシホールド電圧は、15Vである。ON抵抗1kΩ以下、OFF時は10MΩ以上のものである。抵抗体18は、250kΩ。また、走査電極となるX方向導体24には、−30Vが1μs、−10Vが10μs、+10Vが10μsの3種類の入力が可能である。また並列入力電極となるY方向導体32には、+10Vが1μs、0V、常時+5Vの3入力がかかる。

0019

ここで、透明電極にかかる一定のプラス電位V1、背面電極にかかる信号の電位をV2とし、それにつながるサイリスタ素子20を介して接続される走査電極であるX方向導体24の電位をV3とし、背面電極に抵抗18と背面電極接続部30を介してつながる並列入力電位をV4とする。そして、発光層12の各画素10aを走査して点灯する場合は、V3を低電位として、サイリスタ素子20を導通させる電位にV4を設定する。また、発光層12を点灯させない場合は、サイリスタ素子20を導通させない電位にV4を設定して、発光層12の点灯を制御する。

0020

また、各画素10aを走査しない場合は、V4の電位に関わらず、サイリスタ素子20が導通または非導通状態を維持するようにV4及び抵抗体18の抵抗値を設定し、発光層12の各画素10aを発光させる。この各画素10aの駆動時の電位と状態の一実施例を以下の表1に示す。

0021

ID=000003HE=070 WI=108 LX=0510 LY=1300
表1において、1の状態は、V4が0Vの状態でごく短時間スレッシホールドの約2倍の電圧を印加してカルコゲン化物26に導電パスを作り、次に来るべき2の状態へのコンディショニングを行うものである。このときの発光時間は1μsecと短いので、視認上問題はない

0022

2の状態は1のパルス後、2〜5μsec後にV1に−10Vで10μsecのパルスを印加する。これと同じタイミングでV4に+10Vを印加した時、V2部には+10Vに近い電圧が印加されることになる。カルコゲン化物ガラス26はOFF時には10MΩ程度の抵抗があり、Ri=250KΩに比較して十分大きいことから分圧比はV4に近くなる。

0023

また有機EL部の抵抗は約500KΩであるから同様と言える。この結果V2−V3間の電圧は約20Vとなり、サイリスタ素子のスレッシホールド電圧約15Vをこえ、サイリスタ導通状態転化することになる。

0024

3の状態はV3が−10VにおいてV4=0の場合である。この場合V2は、V1=10VとV4=0Vの分圧となりV2は3.3Vとなり、V3との差は13.3Vで、スレッシホールド電圧には達しない。

0025

尚、V4には走査数をNとすると30×Nパルス/秒の10μsec幅のパルスが印加されることになるが、この際V4が0Vのパルス印加時にV2は3.3Vとなり、V1−V2は6.7Vの印加があり有機ELは少量ながら発光することになる。しかしながらこの発光時間は最大でも10μsec×30フレーム×500line=0.15sec程度であり、発光輝度は瞬時30cd/m2で平均化すると4.5cd/m2となり発光部分100cd/m2に比較してコントラスト上は問題にならない。

0026

尚、V4にかかるRiはELとサイリスタ素子の状況によって最適値を決めるのが実際的であり、ELパネルの発光度と抵抗値を参照の上、サイリスタ素子の作動点を合わせ抵抗値を合わせるやり方で設計される。

0027

4及び5の状態は、V3が0となる結果、サイリスタ素子はON又はOFFの状態を継続するもので、ON時は印加が2V以上あればONを継続し、OFF時は15V以下であればOFFを継続する。

0028

ここでV4が10VではV2は10VをこえることなくON、OFFとも継続するに問題はない。V4がゼロの時は約3.3Vとなり、2V以上でのONの継続に問題はない。

0029

6はONの状態からOFFにもどす場合であり、V3を10Vとすればサイリスタ素子への印加は0VとなりONからOFFへ転化する。

0030

この機能は1/30秒のフレーム時間内に複数回スイープすることで、発光時間をコントロールして階調表現をするのに用いられる。即ちV4への入力を1/30秒間に4回スイープし各回ごとにON継続又はOFFを選択することで4段階の階調表現を行うことができるわけである。

0031

以上この発明は、複雑な半導体工程のアクティブエレメントによる駆動に代えて、カルコゲン化物ガラスの薄膜というシンプルな構成により有機ELの駆動ができることを示したものである。

0032

またこれによれば外部への配線はXとYの各線と、透明電極へ+10Vを印加する1本と言う、考え得る限りもっとも小さな数となり、基板周辺に駆動IC等を配置することで更に配線を減らすことも可能である。

0033

尚、カルコゲナイドガラスのスイッチにはメモリー型スレシホールド型があり上記では、主としてスレッシホールド型で記述した。スレシホールド型では一定の保持電流が必要とされるがこれは膜厚素子面積により異なる。

0034

これらを配慮してより確実な回路として図5ようなものを考えられる。ここでサイリスタ素子30がONとなるとサイリスタ素子32も同時にONとなり抵抗RHでコントロールされる保持電流が流れることになり、サイリスタ素子30,32のON状態はV4の電位に関係なく保たれV3を+10Vにした時にOFFとなる。尚抵抗RH、サイリスタ素子30,32の構成は同一プロセスで作られるのでコスト的に高くなる要因はない。またスレッシホールド電圧を越えてトリガーに至る電流は保持電流の約100分の1であり、トリガー自体は問題はない。

0035

また、カルコゲン化物ガラスのメモリー型スイッチの場合、メモリースイッチは一旦トリガーされた後は0VとなってもOFFにならない性質があり、再度高電圧をかけることによりOFFとなるものである。

0036

この場合は、V3(X)には、ON→OFF又はOFF→ONする場合にのみ電圧を印可するようにすれば良い。この際ON→OFFには高電圧の印加を要するが、これは回路的に解決可能である。

発明の効果

0037

この発明の有機EL素子は、有機EL素子の駆動を簡単な構成のサイリスタ特性を有する素子を用いて表示画面の駆動を行い、明るい画面を提供することができる。また、製造工程も簡単であり、微細な加工も容易である。

図面の簡単な説明

0038

図1この発明の一実施形態の有機EL素子の絶縁基板を示す平面図である。
図2図1のA−A線断面図である。
図3この発明の一実施形態の有機EL素子の概略回路図である。
図4この発明の一実施形態の有機EL素子の駆動パルス信号を示すタイミングチャートである。
図5この発明の他の実施形態の有機EL素子の概略回路図である。

--

0039

10有機EL素子
10a発光画素
12発光層
14絶縁基板
18抵抗体
20サイリスタ素子
22舌片状部
24 X方向導体
26カルコゲン化物ガラス
30背面電極接続部
32 Y方向導体

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