CN1977301A - 可调节色度的有机电致发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种可在将发光亮度保持恒定的同时调节发光色度的有机电致发光装置。而且，本发明的有机电致发光装置具有：有机电致发光元件，其在电极间具有发出与驱动电流密度对应的色度的白色光的有机电致发光层；驱动单元，其用电流驱动有机电致发光元件，并根据色度调节输入来进行驱动电流的控制和每单位时间的电流驱动时间的控制。由此，根据调节发光色度的色度调节输入来控制对有机发光元件的驱动电流值，并调节为与色度调节输入对应的发光色度，同时与该驱动电流值的控制相对应地调节每单位时间的电流驱动时间，从而可将发光亮度保持为大致恒定，且在可不改变发光亮度的情况下调节成所希望的发光色度。

Description

可调节色度的有机电致发光装置
技术领域
本发明涉及一种有机电致发光装置，特别是涉及发白色光、且在将其白色亮度保持恒定的同时可调节色度的有机电致发光装置。
背景技术
有机电致发光(EL)元件具有通过电流驱动而自发光(自发光)、对电流驱动能够高速地响应(高速响应)的特征，正期待应用于平板显示装置等。另一方面，有机EL元件具有薄型、轻量，且能够在大面积下均匀地发光的特征，从而也可以适用于照明装置。
自从有空穴传输性有机膜和电子传输性有机膜层叠而成的层叠型元件的报告(C.W.Tang and S.A.VanSlyke，Applied Physics Lettersvol.51，913(1987)(下面称作非专利文献1))以来，有机EL元件作为用10V以下的低电压进行发光的大面积发光元件备受关注。该种层叠型有机EL元件基本上具有正极/空穴传输层/发光层/电子传输层/负极的层叠构成。在这种情况下，作为发光层，如在上述非专利文献1的双层型元件的情况下那样，空穴传输层或电子传输层也可以是兼备该发光层功能的构成。另外，为得到高发光效率的有机EL元件，作为发光层的构成，提出在由一种材料形成的单独膜的基础上向作为主成分的主体材料中掺杂少量发荧光性高的色素分子(客体材料)的色素掺杂膜(C.W.Tang，S.A.VanSlyke，and C.H.Chen，Applied Physics Letters Vol.65，3610(1989)(下面称作非专利文献2))。
还提出了利用有机EL元件作为发单色光的显示装置(例如特开2003-234181号公报、(下面称作专利文献1))。根据该专利文献1，公开了具有将发蓝色光层和发黄色光层层叠于空穴注入层和电子注入层之间并发白色光的矩阵上的像素的有机EL显示装置。而且，还公开了在使驱动电压恒定、且不改变发光色度的情况下，通过发光脉冲宽度调制来进行亮度调节。
但是，在作为上述现有技术的非专利文献1、2及专利文献1中，在利用了发白色光的照明装置或显示装置中，没有关于可在将发光亮度保持恒定的同时调节为所希望的色度这方面的公开。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能够在将发光亮度保持恒定的同时来调节发光色度的有机电致发光装置。
本发明的第一方面提供一种有机电致发光装置，该发光装置具有：有机电致发光元件，其在电极间具有发出与驱动电流密度对应的色度的白色光的有机电致发光层；驱动单元，其用电流驱动所述有机电致发光元件，并根据色度调节输入来进行所述驱动电流的控制和每单位时间的电流驱动时间的控制；其中所述驱动单元根据第一色度调节输入将所述驱动电流控制在第一电流值、将所述电流驱动时间控制在第一时间，且根据第二色度调节将所述驱动电流控制在大于所述第一电流值的第二电流值、将所述电流驱动时间控制在比所述第一时间短的第二时间，在将所述有机电致发光元件的发光亮度保持为大致恒定的同时，调节发光色度。
根据第一方面，可提供以下这样的有机电致发光装置：其根据调节发光色度的色度调节来对有机发光元件的驱动电流值进行控制，将其调节到与色度调节输入对应的发光色度，同时与该驱动电流值的控制相对应地调节每单位时间的电流驱动时间，并可将发光亮度保持大致恒定，且在不改变发光亮度的情况下可对所希望的发光亮度进行调节。可将这样的有机电致发光装置作为照明装置加以利用，或将其用于液晶显示装置的背照光。另外，有机电致发光装置也可以作为分段显示装置的发光段(segment)加以利用。
另外，虽然在本发明中公开了由驱动电流调节而进行的色度调节法，但是也可以通过驱动电压调节来进行色度调节。即，由于有机EL元件的电压-电流特性是一致决定的，因此，使电压值改变以达到本发明中公开的想要控制的电流密度，也可以同样地进行色度调节。
附图说明
图1是本实施方案中的有机电致发光装置的构成图；
图2是表示本实施方案中的驱动单元的一例子的结构图；
图3是表示有机EL层的电流密度和发光色度的关系的图；
图4是表示有机EL层的电流密度和发光亮度的关系的图；
图5是表示本实施方案的有机EL元件的驱动脉冲的一例子的图；
图6是实施方案例1的有机EL装置的构成；
图7是实施方案例2的有机EL装置的构成；
图8是表示相对于试作的有机EL元件的电流密度和占空系数的归一化了的平均亮度和色度x、y的图表；
图9是表示有机材料的结构式的图；
图10是表示本实施方案的驱动单元的另一例子的结构图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方案例。
图1是本实施方案的有机电致发光装置的构成图。该有机EL装置具有有机EL元件100和与阳极层12以及阴极层24连接并供给驱动电流Id的驱动单元26，其中有机EL元件具有设置于透明基板10上的由透明电极例如ITO构成的阳极层12、例如由铝构成的阴极层24、设置于阳极层12和阴极层24之间的发白色光的有机EL层。而且，发白色光的有机EL层具有供给来自于阳极层12的空穴的空穴传输层14、从阴极层24供给电子的电子传输层22、由设置于这些传输层之间的发红色光层16、发蓝色光层18、以及发绿色光层20构成的发光层。这些层14～22由有机材料层形成。通过在电极和发光层之间设置空穴传输层14和电子传输层22，可维持高的发光效率。
发光层只要能够得到白色发光即可，通过在发光层中掺杂多种色素，例如红色发光、蓝色发光、绿色发光三种色素，可发白色光。发光层不是必须象图1所示那样，要发红色光层、发蓝色光层、发绿色光层三层结构，而也可以如后述那样，用单一的有机材料层发红色和蓝色光、蓝色和绿色光、或者绿色和红色光。另外，也可以用单一的有机材料层发出红色、蓝色、绿色光的全部。
还有，也可以制成与空穴传输层14或者电子传输层22共用的发光层。即，也可以制成空穴传输层/发光层兼电子传输层、空穴传输层兼发光层/电子传输层这样的构成。
图2是表示本实施方案的驱动单元的一例子的结构图。该驱动单元26具有：向有机EL元件100供给的电流源Id；将该电流源CS与有机EL元件100连接而供给驱动电流Id的驱动开关SW；根据色度调节输入28控制电源CS的电流值Id的电流控制电路32；根据色度调节输入28控制驱动开关SW的导通时间的驱动时间控制电路34；根据色度调节输入28控制电流控制电路32和驱动时间控制电路34的色度调节电路30。电流控制电路32控制电流源CS的驱动电流Id的大小，驱动时间控制电路34对驱动开关SW的导通驱动信号S34进行脉冲宽度调制(PWM)。该色度调节电路30、电流控制电路32、和驱动时间控制电路34根据色度调节输入38对与调节后的发光色度对应的驱动电流Id进行控制，同时在进行了该控制的驱动电流Id下以发光亮度变为大致恒定的每单位时间的驱动时间使驱动开关SW导通。
在有机EL元件100的面积恒定时，通过改变驱动电流Id，可改变驱动电流密度。而且，如后述，可根据驱动电流密度的改变来改变发光色度。
图10是表示图2的驱动单元的变形例的结构图。与图2不同之处在于，设置有电压源VS以代替电流源，设置有电压控制电路32V以代替电流控制电路32。即，通过电压控制电路32V控制电压源VS的电压值，从而可改变供给到有机EL元件的驱动电流Id，由此，可以以所希望的电流密度驱动EL元件。除此以外的动作与图2相同。
图3是表示有机EL层的电流密度和发光色度的关系的图。当改变供给到图1所示的有机EL元件的电流密度时，白色光的发光色度如图所示地发生变化是由本发明者实现的。即，在同时发出RGB光的有机EL元件的情况下，伴随着电流密度的变化，白色光的发光色度变化。图3的例子中，如果减小电流密度，则色度变化为(x、y)＝(0.52、0.45)，另一方面，如果增大电流密度，则色度变化为(x、y)＝(0.25、0.30)。即，根据电流密度，发光色度在(x、y)＝(0.52、0.45)和(x、y)＝(0.25、0.30)之间变化。
据认为，产生该色度变化的原因在于，相对于驱动电流或驱动电压的变化，有机EL层内的发光位置发生变化，以及各发光色的发光开始电压不同。本实施方案的有机电致发光装置使用通过与这样的驱动电流或驱动电压对应的驱动电流密度使发光白色光的色度变化的有机EL元件。
图4是表示有机EL层的电流密度和发光亮度的关系的图。如该图所示，当为调节发光色度而改变电流密度时，与之相伴随发光亮度线性地发生变化。因此，在本实施方案中，驱动单元通过脉冲驱动对有机EL元件供给驱动电流。而且，在伴随发光色度的调节而改变电流密度时，为将发光亮度保持为恒定，而根据改变了的电流密度来改变驱动脉冲的占空系数，来调节每单位时间的发光时间，使得每单位时间的发光亮度保持恒定。即，在降低电流密度时，提高占空系数，延长间歇发光的发光时间，补偿伴随电流密度降低而产生的亮度降低，在提高电流密度时，降低占空系数，而缩短间歇发光的发光时间，补偿伴随电流密度上升的亮度上升。
图5是表示本实施方案的有机EL元件的驱动脉冲的一例的图。图5(a)是将电流密度控制得低时的驱动脉冲。将驱动脉冲的脉冲宽度T(a)设定得长，将占空系数设定得高。通过设定成这样的驱动脉冲，在低的电流密度下每单位时间的发光亮度降低，但通过延长每单位时间的发光时间，将按时间平均的发光亮度达到预定值。图5(b)是将电流密度控制得高时的驱动脉冲。将驱动脉冲的脉冲宽度T(b)设定得短，将占空系数设定得低。通过设定成这样的驱动脉冲，在高的电流密度下每单位时间的发光亮度升高，但通过缩短每单位时间的发光时间，从而可使按时间平均的发光亮度与图5(a)的预定值相同。另外，由于发光色度的变化范围依赖于有机EL元件的色度变化特性，因此，要想得到所希望的色度变化范围，只要预先将元件构成最适化即可。
这样，在本实施方案中，在调节发光色度时，根据其调节输入，上下控制驱动电流密度，并根据驱动电流密度的控制来控制驱动脉冲的脉冲宽度的长短。
另一方面，在本实施方案的有机EL装置中，在进行发光亮度的调节时，如图2所示，对其发光亮度调节输入36进行响应，在电流密度不改变的情况下，对驱动脉冲的脉冲宽度进行调节。即，相对于使发光亮度降低的发光亮度调节输入进行控制，以缩短驱动脉冲的脉冲宽度，相对于使发光亮度上升的发光亮度调节输入进行控制，以增长驱动脉冲的脉冲宽度。由此，可在将发光色度保持在所希望的色度的同时，将其调节为与发光亮度调节输入对应的发光亮度。
这样，在本实施方案的有机EL装置中，发光色度通过发光色度调节输入28与发光亮度独立地进行调节，且发光亮度通过发光亮度调节输入36与发光色度独立地进行调节。
作为参考，对现有的有机EL显示装置的色度调节进行说明。现有的有机EL显示装置在每个像素中都设置有进行RGB发光的有机EL元件。而且，对发红色光的有机EL元件、发蓝色光的有机EL元件、以及发绿色光的有机EL元件独立地进行电流驱动。因此，为发出白色光，需要使RGB有机EL元件全部发光，进而为调节该白色发光的色度，需要调节各有机EL元件的发光亮度，并调节发光平衡来达到所希望的白色光色度。
另外，在全彩色液晶显示装置中，为了调节全部白色显示时的白色色度，需要调节对在TGB像素中的液晶层的驱动电压，并调节其透过特性，设定为所希望的色度。这样，有机EL显示装置及液晶显示装置的全部白色显示的色温的调节变得复杂。
与此相对，在本实施方案的有机EL装置中，用一个有机EL元件即可发出白色光，而且，当改变其电流密度时发光色度随之改变，因此，将其加以利用即可通过简单的结构实现在将亮度确保恒定的同时而得到所希望的发光色度的白色光发光。
实施方案例1
图6是实施方案例1中的有机EL装置的构成图。该实施方案例1的有机EL元件中，有机EL层由空穴注入层14A、空穴传输层14B、发红色光层16、发蓝色光层18、空穴阻挡层40、电子传输层兼发绿色光层42。该结构的制造方法如下。
首先，将形成有ITO电极12的玻璃基板10用水、丙酮、异丙醇进行超声波清洗，进而在施行了远紫外线(UV)臭氧处理后，使用真空蒸镀装置(1×10-6托，基板温度为室温)在上述基板上形成140nm的2-TNATA(4，4’，4”-三(2-萘基苯氨基)三苯基胺)作为空穴注入层14A，并在其上形成10nm的α-NPD(N，N’-二萘基-N，N’-二苯基-[1，1’-联苯基]-4，4’-二胺)作为空穴传输层14B。在该双重层14A、14B上蒸镀1nm的由客体材料DCJTB(4-二氰亚甲基-6-cp-久咯呢定基苯乙烯基-2-叔丁基-4H-吡喃)和主体材料Alq3(三(8-羟基喹啉)铝)同时蒸镀而成的层(蒸镀比为，相对于DCJTB每1分子，Alq3为99分子)作为发红色光层16，并在其上蒸镀20nm的由客体材料t(bp)py(1，3，6，8-四联苯基芘)和主体材料CBP(4，4’-双(9-咔唑基)-联苯)同时蒸镀而成的层(蒸镀比为，相对于t(bp)py每10分子，CBP为90分子)作为发蓝色光层18，在其上蒸镀10nm的BAlq作为空穴阻挡层40，在其上蒸镀30nm的Alq3作为发绿色光层兼电子传输层42，在其上蒸镀0.5nm的氟化锂，进而在其上蒸镀100nm的Al作为阴极层24。氟化锂是用于强化发绿色光层兼电子传输层42的电子注入功能的物质。空穴阻挡层40具有将从空穴传输层14B供给的空穴的一部分阻挡，从而减少向发绿色光层42供给的空穴的数量的功能。
上述的有机材料2-TNATA、α-NPD、DCJTB、Alq3、t(bp)py、CBP、BAlq是由图9所示的结构式构成的材料。
图8是表示相对于试作的有机EL元件的电流密度和占空系数的归一化了的平均亮度和色度x、y的图表。相对于上述实施方案例1的有机EL元件的图表如图8(A)所示。相对于如上述那样制造的有机EL元件，将发光时的瞬间电流密度变化为5mA/cm2、50mA/cm2、500mA/cm2，将与其对应的驱动占空系数变化为(发光期间∶停止期间)＝(1∶0)(1∶9)(1∶99)进行驱动。在驱动时，用电流密度5mA/cm2时的亮度归一化了的时间平均亮度和发光色度的关系示于图8(A)中。如该图表所示，可以确认，通过改变电流密度，可调节色度，且通过根据该电流密度的改变来调节驱动脉冲的占空系数，由此可将亮度保持在预定水平。
实施方案例2
图7是实施方案例2的有机EL装置的构成图。该实施方案例2的有机EL元件中，有机EL层由空穴注入层14A、空穴传输层14B、发红色及发蓝色光层44、空穴阻挡层40、电子传输层兼发绿色光层42构成。该结构的制造方法如下。
首先，将形成有ITO电极的玻璃基板10用水、丙酮、异丙醇进行超声波清洗，进而在施行了远紫外线(UV)臭氧处理后，使用真空蒸镀装置(1×10-6托，基板温度为室温)在上述基板上形成140nm的2-TNATA作为空穴注入层14A，并在其上形成10nm的α-NPD作为空穴传输层14B。在该双重层14A、14B上蒸镀20nm的由蓝色客体材料t(bp)py、和红色客体材料DCJTB、以及主体材料CPB同时蒸镀而成的层(蒸镀比为，相对于t(bp)py每10分子、DCJTB为1分子，CPB为89分子)作为发蓝色兼红色光层44，并在其上蒸镀10nm的BAlq作为空穴阻挡层40，在其上蒸镀30nm的Alq3作为发绿色光层兼电子传输层42，在其上蒸镀0.5nm的氟化锂，进而在其上蒸镀100nm的Al作为阴极层24。各材料的结构式示于图9中。
如图9(B)的图表所示，将上述制作的有机EL元件发光时的瞬间电流密度变化为5mA/cm2、50mA/cm2、500mA/cm2，将与其对应的驱动占空系数变化为(发光期间∶停止期间)＝(1∶0)(1∶9)(1∶99)进行驱动。用该驱动时的电流密度5mA/cm2时的亮度归一化了的时间平均亮度和发光色度的关系示于图9(B)中。从该图表可以确认，可在将亮度保持在预定水平的状态下进行发光色度调节。
本实施方案中的有机EL装置如图1、图5、图6所示，在一对电极之间设置有发白色光的有机EL层，该有机EL层的白色光根据驱动电流密度而改变其色度。通过将具有这样的有机EL层的有机EL元件在预定的面积形成，可提供白色照明装置。该白色照明装置例如可作为代替荧光灯的照明装置加以利用。或该白色照明装置可为薄型、轻量、且均匀的面发光，因此，也可以作为液晶显示装置的背照光加以利用。
另外，本实施方案中的有机EL装置也可以用于使多个段选择性发光来表示英文数字等的分段型显示装置。
根据本发明，可提供能够将发光亮度保持在预定的水平的状态下调节为所希望的发光色度的有机EL装置。该有机EL装置可以作为照明装置加以利用，也可以作为显示装置加以利用。

Claims (12)

1、一种有机电致发光装置，该发光装置具有：
有机电致发光元件，其在电极间具有发出与驱动电流密度对应的色度的白色光的有机电致发光层；
驱动单元，其用电流驱动所述有机电致发光元件，并根据色度调节输入来进行所述驱动电流的控制和每单位时间的电流驱动时间的控制；
其中所述驱动单元根据第一色度调节输入将所述驱动电流控制在第一电流值、将所述电流驱动时间控制在第一时间，且根据第二色度调节将所述驱动电流控制在大于所述第一电流值的第二电流值、将所述电流驱动时间控制在比所述第一时间短的第二时间。
2、一种有机电致发光装置，该发光装置具有：
有机电致发光元件，其在电极间具有发出与驱动电流密度对应的色度的白色光的有机电致发光层；
驱动单元，其用预定的驱动电压驱动所述有机电致发光元件，并根据色度调节输入来进行所述驱动电压的控制和每单位时间的电压驱动时间的控制；
其中所述驱动单元根据第一色度调节输入将所述驱动电流控制在第一电流值、将所述电压驱动时间控制在第一时间，且根据第二色度调节将所述驱动电流控制在大于所述第一电流值的第二电流值、将所述电压驱动时间控制在比所述第一时间短的第二时间。
3、如权利要求1或2所述的有机电致发光装置，其中，所述有机电致发光层以可发白色光的多个发光色进行发光。
4、如权利要求3所述的有机电致发光装置，其中，所述有机电致发光层同时发红色光、蓝色光、和绿色光。
5、如权利要求3所述的有机电致发光装置，其中，所述有机电致发光层具有发红色光层、发蓝色光层、和发绿色光层。
6、如权利要求3所述的有机电致发光装置，其中，所述有机电致发光层具有发红色光层、发蓝色及绿色光层。
7、如权利要求3所述的有机电致发光装置，其中，所述有机电致发光层具有发红色及蓝色光层、和发绿色光层。
8、如权利要求3所述的有机电致发光装置，其中，所述有机电致发光层具有发红色及绿色光层、和发蓝色光层。
9、如权利要求4～8任一项中所述的有机电致发光装置，其中，所述有机电致发光层具有与电极相接触地设置的空穴传输层和电子传输层。
10、如权利要求1所述的有机电致发光装置，其中，所述驱动单元具有：电流源，将所述电流源与所述有机电致发光元件连接的驱动开关，根据所述色度调节输入来控制所述电流源的电流值的电流控制电路，和根据所述色度调节输入来控制所述驱动开关的导通时间的驱动时间控制电路。
11、如权利要求2所述的有机电致发光装置，其中，所述驱动单元具有：电压源，将所述电压源与所述有机电致发光元件连接的驱动开关，根据所述色度调节输入来控制所述电压源的电压值的电压控制电路，和根据所述色度调节输入来控制所述驱动开关的导通时间的驱动时间控制电路。
12、一种液晶显示装置，其中，具有权利要求1～8中任一项所述的有机电致发光装置作为背照光装置，且在所述有机电致发光装置之上还具有液晶层。
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