FR2931007A1

FR2931007A1 - Organic LED controlling method for e.g. TV screen, involves applying voltage to terminals of LED during supply duration less than refresh period having rest period, and applying negative voltage to terminals during part of rest period

Info

Publication number: FR2931007A1
Application number: FR0803978A
Authority: FR
Inventors: David Vaufrey; Olivier Billoint
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2009-11-13

Abstract

The method involves applying voltage (U) to terminals of an organic LED during a supply duration (ton) that is less than a preset refresh period (Tr) having rest period (toff). Negative voltage is applied to the terminals of the LED during a part of the rest period, where the negative voltage is between minus 3 and minus 10 voltages. The negative voltage is followed by application of zero voltage at the terminals of the diode during the rest period.

Description

Procédé de contrôle d'une diode organique électroluminescente avec application d'une tension négative de dépolarisation Domaine technique de l'invention Method for controlling an organic electroluminescent diode with the application of a negative depolarization voltage Technical field of the invention

L'invention est relative à un procédé de contrôle d'une diode organique électroluminescente comportant l'application d'une tension aux bornes de la 10 diode pendant une durée d'alimentation inférieure à une période de rafraîchissement prédéterminée comportant une période de repos. 15 État de la technique The invention relates to a method for controlling an organic electroluminescent diode comprising the application of a voltage across the diode during a feed time less than a predetermined refresh period having a rest period. 15 State of the art

Les diodes organiques électroluminescentes (OLED pour organic Light emitting diode en anglais) se dégradent facilement par oxydation ou par leur simple utilisation qui dégrade les couches en matériaux organiques les 20 composant. Elles furent tout d'abord encapsulées pour limiter leur oxydation à l'air ambiant. Cependant leur durée de vie actuelle (moins de 20 000 heures pour des OLED bleues) n'est pas encore suffisante pour permettre leur intégration dans des écrans de télévision dont la durée de vie moyenne de fonctionnement est de 60 000 heures. 25 Organic light emitting diodes (OLEDs) are easily degraded by oxidation or by their simple use, which degrades the layers into organic materials composing them. They were first encapsulated to limit their oxidation to the ambient air. However, their current lifetime (less than 20,000 hours for blue OLEDs) is not yet sufficient to allow their integration into television screens with an average operating life of 60,000 hours. 25

Objet de l'invention Object of the invention

L'invention a pour but d'augmenter significativement la durée de vie d'une 30 diode organique électroluminescente en limitant sa dégradation au cours du temps lorsqu'elle est alimentée.5 Ce but est atteint par le fait qu'une tension négative est appliquée aux bornes de la diode pendant au moins une partie de la période de repos (toff). Description sommaire des dessins The object of the invention is to significantly increase the lifetime of an organic electroluminescent diode by limiting its degradation over time when it is fed. This object is achieved by the fact that a negative voltage is applied. at the terminals of the diode during at least part of the rest period (toff). Brief description of the drawings

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention 10 donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : Other advantages and features will emerge more clearly from the following description of particular embodiments of the invention given as non-restrictive examples and represented in the accompanying drawings, in which:

La figure 1 représente, en fonction du temps, un exemple d'évolution de la tension de contrôle U pouvant être appliquée aux bornes d'une OLED. 15 La figure 2 représente l'évolution de la durée de demi-vie d'une OLED en fonction de la tension négative appliquée pendant la période de repos. Les figures 3 et 4 illustrent des circuits d'adressage permettant d'appliquer aux bornes de l'OLED une tension de contrôle selon l'invention. Les figures 5 à 9 illustrent l'évolution des signaux en différents points du 20 circuit d'adressage de la figure 4. La figure 10 illustre les variations de la tension aux bornes de l'OLED en fonction du temps, dans une variante de réalisation du procédé selon l'invention. La figure 11 illustre l'évolution de la tension aux bornes de l'OLED en 25 fonction du temps selon une autre variante de réalisation. FIG. 1 represents, as a function of time, an example of evolution of the control voltage U that can be applied across an OLED. FIG. 2 shows the evolution of the half-life of an OLED as a function of the negative voltage applied during the idle period. Figures 3 and 4 illustrate addressing circuits for applying to the terminals of the OLED a control voltage according to the invention. FIGS. 5 to 9 illustrate the evolution of the signals at different points of the addressing circuit of FIG. 4. FIG. 10 illustrates the variations of the voltage across the terminals of the OLED as a function of time, in an alternative embodiment. of the process according to the invention. FIG. 11 illustrates the evolution of the voltage across the OLED as a function of time according to another variant embodiment.

Description de modes préférentiels de réalisation Description of preferred embodiments

Pendant une période de rafraîchissement Tr, classiquement de 20ms, la 30 tension de contrôle U illustrée à la figure 1, prend successivement une valeur positive non nulle, prédéterminée, pendant une période d'alimentation ton,5 During a refresh period Tr, conventionally 20 ms, the control voltage U illustrated in FIG. 1, successively takes a predetermined non-zero positive value during a tone feeding period.

puis elle prend une valeur négative, non nulle, pendant au moins une partie d'une période de repos toff. La période de rafraîchissement Tr de 20ms, étant égale à la somme des durées ton et toff, correspond à un rafraîchissement de 50Hz ou de 100Hz, classiquement utilisé dans les téléviseurs. then it takes a negative value, not zero, during at least part of a toff rest period. The refresh period Tr of 20ms, being equal to the sum of the duration of tone and toff, corresponds to a refresh of 50Hz or 100Hz, conventionally used in televisions.

L'application de cette tension négative, constituant une tension de dépolarisation, permet de dépiéger les porteurs piégés de l'OLED afin de favoriser le transport des porteurs suivants lors de la période d'alimentation 1 o ton suivante. En effet, l'accumulation de porteurs piégés dans les couches organiques d'une OLED charge le semi-conducteur organique et modifie les propriétés des couches de transport pouvant rendre le semi-conducteur plus ou moins isolant, entraînant ainsi une dégradation de l'OLED. Comme illustré à la figure 2, la durée de demi-vie (LT 50%), exprimée en heure, évolue en 15 fonction de l'amplitude de la tension de dépolarisation négative VDepol appliquée à l'OLED lors d'une période de repos toff. Plus la tension de dépolarisation est négative, plus la durée de vie de l'OLED est élevée. Ainsi, sur la figure 2, lorsque la tension appliquée pendant la période de repos toff est nulle (VdepoiOV), la durée de vie de l'OLED est d'environ 2350 heures, 20 alors que pour une même OLED à laquelle on applique une tension négative de -5V entre deux impulsion, la durée de vie passe à 2600 heures, ce qui représente un gain d'environ 13%. The application of this negative voltage, constituting a depolarization voltage, makes it possible to deplete the trapped carriers of the OLED in order to favor the transport of the following carriers during the following feed period. Indeed, the accumulation of carriers trapped in the organic layers of an OLED charges the organic semiconductor and modifies the properties of the transport layers that can make the semiconductor more or less insulating, thus causing degradation of the OLED. . As illustrated in FIG. 2, the half-life time (LT 50%), expressed in hours, changes according to the amplitude of the negative depolarization voltage VDepol applied to the OLED during a rest period. toff. The lower the depolarization voltage, the longer the lifetime of the OLED. Thus, in FIG. 2, when the voltage applied during the toff rest period is zero (VdepoiOV), the lifetime of the OLED is about 2350 hours, whereas for the same OLED to which a Negative voltage of -5V between two pulse, the service life goes to 2600 hours, which represents a gain of about 13%.

L'application d'une tension de dépolarisation négative aux bornes de la diode 25 en période de repos toff améliore significativement la durée de vie de la diode. The application of a negative depolarization voltage across the diode 25 during the idle rest period significantly improves the life of the diode.

La commande de l'OLED peut être réalisée par tout moyen permettant d'alimenter l'OLED par l'application d'une tension d'alimentation, de durée 30 ton, puis d'une tension négative pendant au moins une partie de la période de repos toff. À titre d'exemple, la figure 3 représente un circuit d'adressage d'une OLED, permettant de contrôler l'OLED selon le procédé de contrôle décrit ci-dessus. Ce circuit d'adressage comporte un premier interrupteur 11 connecté en série avec l'OLED 1 entre une sortie d'un circuit de commande 2 fournissant la tension d'alimentation Vdd et une tension de cathode Vcathode négative ou nulle. De plus, le circuit d'adressage comporte un second interrupteur 12, de contrôle, connecté entre l'anode de l'OLED 1 et une tension de dépolarisation VDepo,. Le premier interrupteur 11 est commandé par un signal io de commande S1, et le second interrupteur 12 est contrôlé par un signal de commande S2 de manière à assurer l'alimentation de la diode comme décrit précédemment. Au cours de chaque période de rafraîchissement Tr, le premier interrupteur 11 est donc successivement fermé (période d'alimentation ton) puis ouvert (période de repos toff), concomitamment, le is second interrupteur est successivement ouvert (période d'alimentation ton) puis fermé (période de repos toff), le signal de commande S2 est donc synchronisé avec le signal de commande S1, de manière à ce que lorsque le premier interrupteur 11 est fermé, le second interrupteur 12 est ouvert et vice-versa. Lorsque le second interrupteur 12 est en position fermée, la tension de 20 dépolarisation VDepo,, négative, est appliquée à l'OLED 1. The control of the OLED can be carried out by any means making it possible to supply the OLED by the application of a supply voltage, of duration 30 ton, then of a negative voltage during at least a part of the period rest toff. By way of example, FIG. 3 represents an addressing circuit of an OLED, making it possible to control the OLED according to the control method described above. This addressing circuit comprises a first switch 11 connected in series with the OLED 1 between an output of a control circuit 2 supplying the supply voltage Vdd and a cathode voltage Vcathode negative or zero. In addition, the addressing circuit includes a second switch 12, control, connected between the anode of OLED 1 and a depolarization voltage VDepo. The first switch 11 is controlled by a control signal S1, and the second switch 12 is controlled by a control signal S2 so as to supply the diode as previously described. During each refresh period Tr, the first switch 11 is successively closed (ton power period) then open (idle period toff), concomitantly, the second switch is successively open (ton power period) then closed (idle period toff), the control signal S2 is synchronized with the control signal S1, so that when the first switch 11 is closed, the second switch 12 is open and vice versa. When the second switch 12 is in the closed position, the depolarization voltage VDep0, negative, is applied to the OLED 1.

Comme illustré à la figure 4, le premier interrupteur 11 est, de préférence, constitué par un transistor Ti, de type PMOS et l'interrupteur 12 est, de préférence, constitué par un transistor T2 de type NMOS. L'électrode de 25 commande (grille) du transistor Ti est connectée à une ligne de contrôle fournissant le signal binaire de commande S1 permettant d'activer et de désactiver l'alimentation de l'OLED, il en va de même pour le transistor T2 recevant sur sa grille le signal de commande S2. Ainsi, pour un transistor Ti de type PMOS, la cathode de I'OLED étant, par exemple à la masse, lorsque 30 le signal de commande S1 est à l'état bas pendant les périodes ton , par exemple à 0 V, le transistor Ti est conducteur et l'OLED est alimentée, As illustrated in FIG. 4, the first switch 11 is preferably constituted by a PMOS type transistor T1 and the switch 12 is preferably constituted by a NMOS type transistor T2. The control electrode (gate) of the transistor T 1 is connected to a control line supplying the control binary signal S 1 enabling the OLED power supply to be switched on and off, the same for the transistor T2 receiving on its gate the control signal S2. Thus, for a PMOS type transistor T1, the cathode of the OLED being, for example, grounded, when the control signal S1 is at low state during the periods ton, for example at 0 V, the transistor Ti is conductive and the OLED is powered,

tandis que le transistor Ti est bloqué lorsque le signal de commande S1 est à l'état haut, par exemple à Vdd, pendant les périodes de repos. while the transistor Ti is off when the control signal S1 is high, for example at Vdd, during the rest periods.

Les figures 5 à 9 illustrent, à titre d'exemple, l'évolution, en fonction du temps des différents signaux d'un circuit d'adressage selon la figure 4. Ces figures représentent respectivement le signal de commande S1 (figure 5), le signal de commande S2 (figure 6), la tension négative de dépolarisation VDepol (figure 9) et un exemple de tension Vdd (figure 7), correspondant aux signaux à appliquer à I'OLED, ainsi que la tension U obtenue aux bornes de l'OLED (figure 8) au cours du temps. À titre d'exemple, la tension de dépolarisation est de -3V. La durée t0-t2 est représentative d'une période de rafraîchissement Tr. Lorsque le signal S1 est à l'état bas (par exemple S1 = OV), c'est-à-dire pendant les périodes d'alimentation où l'OLED est polarisée, entre les instants t0 et t1 et entre les instants t2 et t3, le transistor Ti est saturé et donc passant. Simultanément, le signal S2 est à une valeur suffisamment négative (tension de blocage), par exemple égale à VDepo,, pour que le transistor T2, de type NMOS soit bloqué. Une impulsion de tension de durée ton est ainsi appliquée aux bornes de l'OLED (figure 8). À l'inverse, lorsque le signal S1 est à l'état haut, pendant les périodes de repos (t1-t2, t3-t4), le transistor Ti est bloqué. Simultanément, le signal S2 est mis à zéro ou à une tension suffisamment supérieure à la tension de dépolarisation Vdepol pour rendre conducteur le transistor T2 et appliquer la tension de dépolarisation aux bornes de l'OLED. FIGS. 5 to 9 illustrate, by way of example, the evolution, as a function of time, of the different signals of an addressing circuit according to FIG. 4. These figures respectively represent the control signal S1 (FIG. 5), the control signal S2 (FIG. 6), the negative depolarization voltage VDepol (FIG. 9) and an example of voltage Vdd (FIG. 7), corresponding to the signals to be applied to the OLED, as well as the voltage U obtained at the terminals of the OLED (Figure 8) over time. For example, the depolarization voltage is -3V. The duration t0-t2 is representative of a refresh period Tr. When the signal S1 is in the low state (for example S1 = OV), that is to say during the power-up periods when the OLED is polarized, between times t0 and t1 and between times t2 and t3, the transistor Ti is saturated and therefore passing. Simultaneously, the signal S2 is at a sufficiently negative value (blocking voltage), for example equal to VDepo ,, so that the transistor T2, of the NMOS type is blocked. A voltage pulse of tone duration is thus applied across the OLED (Figure 8). Conversely, when the signal S1 is high, during the rest periods (t1-t2, t3-t4), the transistor Ti is blocked. Simultaneously, the signal S2 is zeroed or at a voltage sufficiently greater than the depolarization voltage Vdepol to turn on the transistor T2 and apply the depolarization voltage across the OLED.

De manière générale, la tension maximale délivrée lors de la durée d'alimentation ton est, de préférence, inférieure à 25V. Par ailleurs, la valeur absolue de la tension négative appliquée aux bornes de la diode pendant les périodes de repos et ayant pour but de dépiéger les porteurs est, de préférence, de l'ordre de la tension qui lui est appliquée en direct pendant les périodes d'alimentation. Cependant, pour éviter le claquage de l'OLED, elle In general, the maximum voltage delivered during the tone feeding period is preferably less than 25V. Moreover, the absolute value of the negative voltage applied across the diode during the periods of rest and intended to deflect the carriers is preferably of the order of the voltage applied to it live during the periods power. However, to avoid the breakdown of the OLED, it

est en pratique limitée à 10V en valeur absolue, et, de préférence, comprise entre -3V et -10V. is in practice limited to 10V in absolute value, and preferably between -3V and -10V.

Dans un mode de fonctionnement préférentiel, illustré à la figure 10, la tension de dépolarisation n'est appliquée aux bornes de l'OLED que pendant une partie des périodes de repos. Ainsi, le transistor T2 est bloqué, par application d'une tension de blocage (par exemple Vpepoi) comme signal de commande S2, avant la fin de chaque période de repos. Ainsi, sur la figure 10, après l'instant t1, le transistor Ti est bloqué et le transistor T2 est conducteur jusqu'à un instant t5. Le signal de commande S2 prend alors sa valeur de blocage et la tension U aux bornes de l'OLED passe à zéro entre t5 et t2. In a preferred mode of operation, illustrated in Figure 10, the depolarization voltage is applied across the OLED only during part of the rest periods. Thus, the transistor T2 is blocked, by applying a blocking voltage (for example Vpepoi) as control signal S2, before the end of each idle period. Thus, in FIG. 10, after the instant t1, the transistor Ti is off and the transistor T2 is conductive until a time t5. The control signal S2 then takes its blocking value and the voltage U across the OLED goes to zero between t5 and t2.

A titre d'exemple, les tensions Vdd et Voepo, et les signaux de commande S1 et S2 sont choisis de manière à ce que U=Vdd=7V pendant une période d'alimentation ton de 5ms, puis U= VDepo,=-5V pendant une première partie (t1-t5=10ms) de la période de repos et enfin U=OV pendant la seconde partie (t5-t2=5ms) de la période de repos. L'augmentation de la durée de la première partie de la période de repos permet de limiter l'amplitude de la tension négative de dépolarisation. By way of example, the voltages Vdd and Voepo, and the control signals S1 and S2 are chosen so that U = Vdd = 7V during a power supply period of 5ms, then U = VDepo, = -5V during a first part (t1-t5 = 10ms) of the rest period and finally U = OV during the second part (t5-t2 = 5ms) of the rest period. The increase in the duration of the first part of the rest period makes it possible to limit the amplitude of the negative depolarization voltage.

La division des périodes de repos toff en deux parties successives, respectivement une première partie pendant laquelle la tension négative de dépolarisation est appliquée aux bornes de l'OLED et une seconde partie pendant laquelle les deux transistors Ti et T2 sont bloqués simultanément (tension nulle aux bornes de la diode), permet de réaliser des économies d'énergie. En effet, lorsque les porteurs de charge piégés ont été dépiégés (à l'instant t5), il n'est plus nécessaire de consommer de l'énergie électrique inutilement. Ainsi, il est possible d'améliorer l'espérance de vie d'une OLED tout en limitant sa consommation. The division of the rest periods toff in two successive parts, respectively a first part during which the negative voltage of depolarization is applied across the OLED and a second part during which the two transistors Ti and T2 are simultaneously blocked (zero voltage at terminals of the diode), allows to save energy. Indeed, when trapped charge carriers have been defied (at time t5), it is no longer necessary to consume electrical energy unnecessarily. Thus, it is possible to improve the life expectancy of an OLED while limiting its consumption.

Dans une variante, il est possible d'améliorer la durée de vie de l'OLED en réalisant l'alimentation sous forme d'au moins deux impulsions de tension au cours chaque période de rafraîchissement. L'amplitude des impulsions étant choisies de manière à ce que la luminance moyenne temporelle soit toujours la même. En effet, pour compenser la perte de luminance due à l'augmentation de la période toff au cours de la période de rafraîchissement Tr, il est nécessaire d'augmenter la tension d'alimentation qui lui est appliquée pendant la période d'alimentation ton. Ainsi, plus le rapport toff/Tr est élevé, plus la tension d'alimentation U aux bornes de l'OLED est importante pour une luminance moyenne prédéterminée. La différence entre les durées de vie est d'autant plus importante que le rapport toff/Tr est important. Ainsi, comme l'illustre la figure 11, le procédé de contrôle peut comporter au moins deux impulsions de tension de polarisation qui sont appliquées à l'OLED au cours de chaque période de rafraîchissement. La période d'alimentation ton correspond alors à la somme des durées des périodes d'alimentation tonl (de tO à t1) et ton2 (de t2 à t3) des deux impulsions, tandis que la période de repos toff correspond à la somme des durées des deux périodes de repos élémentaires toffl (de t1 à t2) et toff2 (de t3 à t4). Si n impulsions (nz2) sont appliquées à I'OLED pendant chaque période de rafraîchissement, toffi étant la durée d'une période de repos élémentaire entre deux impulsions de tension, avec i = 1 à n, la période d'alimentation toff est alors donnée par toff = E toffi. De même, toni étant la durée d'une période d'alimentation élémentaire, avec i = 1 à n, la période d'alimentation ton est alors donnée par ton = E toni. In a variant, it is possible to improve the life of the OLED by performing the power supply in the form of at least two voltage pulses during each refresh period. The amplitude of the pulses being chosen so that the average temporal luminance is always the same. Indeed, to compensate for the loss of luminance due to the increase of the toff period during the refresh period Tr, it is necessary to increase the supply voltage applied to it during the power supply period. Thus, the higher the ratio toff / Tr, the higher the supply voltage U across the OLED is important for a predetermined average luminance. The difference between the lifetimes is even more important than the ratio toff / Tr is important. Thus, as shown in Figure 11, the control method may include at least two bias voltage pulses that are applied to the OLED during each refresh period. The period of ton supply then corresponds to the sum of the duration of the supply periods ton1 (of t0 to t1) and ton2 (of t2 to t3) of the two pulses, while the rest period toff corresponds to the sum of the durations the two elementary rest periods toffl (from t1 to t2) and toff2 (from t3 to t4). If n pulses (nz2) are applied to the OLED during each refresh period, where toffi is the duration of an elementary rest period between two voltage pulses, where i = 1 to n, the toff period is then given by toff = E toffi. Similarly, toni being the duration of an elementary feeding period, with i = 1 to n, the ton feeding period is then given by your = E toni.

De manière générale, il est préférable que la durée de la période de repos toff soit supérieure ou égale à la durée de la période d'alimentation ton. In general, it is preferable that the duration of the toff rest period is greater than or equal to the duration of the feeding period ton.

Le procédé de contrôle d'une OLED décrit ci-dessus peut, notamment, être utilisé dans un système d'éclairage ainsi que dans un circuit de contrôle de sous-pixel de couleur d'une surface d'affichage, notamment pour alimenter des sous-pixels de couleur bleue, dont la durée de vie est inférieure à celle des sous-pixels d'une autre couleur. The method for controlling an OLED described above may, in particular, be used in a lighting system as well as in a color subpixel control circuit of a display surface, in particular for feeding pennies. -pixels of blue color, whose life is less than that of subpixels of another color.

Claims

Revendications1. A method of controlling an organic electroluminescent diode comprising applying a voltage across the diode for a supply time (tone) less than a predetermined refresh period (Tr) having a dwell period (toff), characterized in that a negative voltage is applied across the diode for at least part of the idle period (toff).

2. Method according to claim 1, characterized in that the negative voltage is followed by the application of a zero voltage across the diode during the rest period (toff).

3. Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that said negative voltage is between -3 and -10V.

4. Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the absolute value of said negative voltage is substantially equal to the voltage applied across the diode during the supply period (ton).

5. Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the rest period (toff) has a duration greater than or equal to the duration of feeding (ton). 9