JP2002504717A - エレクトロルミネッセントデバイス - Google Patents
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Abstract
Description
材料を使用し、スイッチ回路に薄膜トランジスタを有するエレクトロルミネッセ
ントデバイスに関する。
ており、その内容をここに参考に援用する。このデバイスの基本的構造は2つの
電極間に挟まれた発光ポリマーフィルム(例えば、ポリ(フェニレンビニレン)
−「PPV」)であり、2つの電極の一方は電子を注入し、他方は正孔を注入する 。電子および正孔はポリマーフィルムを励起し、光子を放出する。これらのデバ
イスはフラットパネルディスプレイとしての発展性がある。
イスであり、その詳細は米国特許第4,539,507号に記載されており、その内容を ここに参考に援用する。これらは発光層を有し、それは少なくとも2つの電極間
に挟まれたトリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム「Alq3」などの小分
子(small molecule)物質を含む。
れ、それらを流れる電流を変化させることにより発光状態と非発光状態を切り換
えることができる。ピクセルは一般的に直行する行と列に配列される。一般的に
はピクセルの制御のために2つの代替的な構成が使用される。それはパッシブマ
トリクスとアクティブマトリクスである。パッシブマトリクスデバイスでは、電
極の一方が行にパターン化され、他方が列にパターン化される。行と列の電極に
適当な電圧を印加することにより、その交差点にある各ピクセルが発光するよう
になる。アクティブマトリクスディスプレイでは、他のピクセルがアドレスされ
ている間に各ピクセルを発光状態にしておくことができる回路が設けられる。
示されるピクセルそのものを有し、そのピクセルは電極2と3の間に接続される
。電極2と3はそのデバイスの全てのピクセルに接続され、ピクセルからの発光
に十分な電圧が電極2と3の間に常に印加される。実際には薄膜トランジスタと
して実現されるスイッチ回路4の少なくとも一部が電極3とピクセル1の間にあ
る。スイッチ回路は行電極5および列電極6により制御される。ピクセル1を発
光させるために、電極6に電圧が印加されてスイッチングトランジスタ7をオン
にし、電極5に電圧が印加されて記憶キャパシタ8をチャージする。次に、電極
6をオフにする。キャパシタ8がチャージされているので、電流トランジスタ9
はオンされ、電極3に印加される電圧がピクセルに印加され、ピクセルを発光さ
せる。この構成はパッシブマトリクスデバイスよりは複雑な回路を必要とするけ
れども、キャパシタ8によってピクセルを発光状態に維持したまま別の行および
列の他のピクセルをその行および列の電極でアドレスすることができるという長
所を有する。薄膜トランジスタと金属ラインのために背面領域全体を使用するこ
とは、透明および反射LCDディスプレイでは周知である。
うにし、グレースケールを提供することが重要である。図1のアクティブマトリ
クスデバイスでは、これは電極5に印加される電圧と電極6に印加されるパルス
幅を選択してキャパシタ8に印加される電荷を固定することにより行われる。キ
ャパシタ8の電荷はトランジスタ9の状態を決定するので、電流は電極3からピ
クセルへ流れる。ピクセルを流れる電流はその発光の輝度を決定する。図2は、
トランジスタ9のゲート電圧(V)に対するトランジスタ9を流れる電流(I)
のグラフを示す。電流と電圧が低くピクセル1が発光しない平坦な「オフ」領域
100と、ピクセル1から中間レベルの輝度を提供する傾斜遷移領域110と、
トランジスタが完全にオン状態となりピクセルが完全にオン状態となる平坦な「
オン」領域とがある。トランジスタ9が遷移領域内の望ましい点に来るようにキ
ャパシタ8の電荷を固定することにより、ピクセルの望ましい中間レベル輝度が
実現できる。
る。スイッチ回路4はディスプレイのピクセル毎に設けなければならない。要求
される小型化と低コスト化を実現するために、回路はディスプレイと統合される
。しかし、この構成は一般的にディスプレイの各ピクセルの電流トランジスタ間
における大きな性能の可変性につながる。オフ領域およびオン領域の電流は電流
トランジスタ間でかなり一致しているが(オフ電流はほぼゼロであり、オン電流
はダイオード1の抵抗に大きく依存して決定されるので)、電流トランジスタの
閾値電圧は大きく異なる場合がある。ディスプレイの発光材料が有機発光材料で
ある場合には、有機発光ピクセルからの発光量はデバイスを流れる電流に高感度
で依存するので、これは特に問題となる。したがって、同一の入力ライン電流に
ついて、異なる有機発光ピクセルは大きく異なる中間輝度を作る。これは、グレ
ースケール有機発光ディスプレイデバイスのためのこの駆動スキームの使用を制
限する。
、各々が個々のピクセルに関連付けされ、該ピクセルへの電力を切り換えるスイ
ッチ手段と、関連付けされたピクセルからの発光が実質的に連続的に見えるよう
にするのに十分な周波数で第1の低電力モードと第2の高電力モードを繰り返す
ように各スイッチ手段を駆動する駆動手段とを備え、低電力モードに対する高電
力モードの期間を可変としてピクセルの平均輝度を変化させる有機発光デバイス
が提供される。
ジスタは好ましくはゲート電圧により制御されてそのトランジスタへの電力およ
びピクセルへの電力を切り換える。第1のモードでは、トランジスタは好ましく
は関連するピクセルへの電流を遮断するのでピクセルは実質的に非発光となる。
第2のモードでは、トランジスタは好ましくは関連するピクセルへ電流が流れる
ようにするので、ピクセルは実質的に完全な発光状態となる。第2のモードでは
トランジスタは好ましくは完全にオン状態となる。第1のモードではトランジス
タは好ましくは完全にオフ状態となる。
度はトランジスタの特性、例えばゲート電圧に対して実質的に不感応であるので
、ゲート電圧の小さな変化がピクセルへ流れる電流に影響を与えることはない。
トランジスタは好ましくは薄膜トランジスタである。
第1のモードまたは第2のモードでトランジスタを保持する電荷蓄積手段(例え
ばキャパシタ)を含む。電荷蓄積手段は、適当には第2のトランジスタによりチ
ャージされ、好ましくは薄膜トランジスタによりチャージされる。スイッチ手段
は好ましくは薄膜トランジスタのスイッチ手段である。
適にはTFTアクティブマトリクスディスプレイである。
のがよく、好ましくは50Hzより大きく、最適には60Hz前後またはそれよ
り大きい。
うに制御可能である。駆動スキームのデューティサイクル(総サイクル時間の一
部として第2のモードの期間により測定される)は、ゼロ(ピクセルがオフの時
)から100%(最大輝度)までの間で可変である。
供することができる。
動手段の制御下でその発光手段への電力を独立に切り換える切り換え手段とを含
むのがよい。
機発光ピクセルを含む有機発光領域と、各ピクセルに関連付けされ、各々がその
ピクセルの個別の発光領域に関連付けされ当該領域への電力を切り換えるスイッ
チ手段を有するスイッチ構成と、その関連付けされたスイッチ構成により各ピク
セルをアドレスし、1つ以上の対応するスイッチ手段を選択的に駆動することに
より各ピクセルの輝度を制御して、当該ピクセルの発光領域の選択された1つを
発光させる制御手段とを備えることができる。
には異なるサイズであり、好ましくは異なる面積である。好ましくは、各ピクセ
ルにおいて、各発光領域(最小のものを除く)はそのピクセルの次に大きい発光
領域のサイズの2倍(または実質的に2倍)である。
瞬間的に動作し、ピクセルの輝度のさらなる制御を可能とすることができる。し
たがって、駆動手段は適当にはスイッチ手段を非瞬間的に部分的オン状態に駆動
することができる。部分的オン状態は第3の中間電力モードである。他の中間電
力モードを設けることもできる。
内であり、最適には100nm程度である。
され、好ましくは共役材料により形成される。適当な材料はPPVなどの半導体
共役ポリマーまたはその誘導体である。ピクセルおよび/または発光領域を形成
する発光材料は適当には、PPV、ポリ(2−メトキシ−5(2’−エチル)ヘ
キシルオキシフェニレン−ビニレン)(「MEH-PPV」)、PPV誘導体(例えば ジ−アルコキシまたはジ−アルキル誘導体)、ポリフルオレン、および/または
、ポリフルオレンセグメント、PPVを含むコポリマーおよび/または関連する
コポリマーであるか、それを含む。それは、スピンコーティング、浸せきコーテ
ィング、ブレードコーティング、メニスカスコーティング、セルフアセンブリ、
その他により蒸着することができる。発光領域および/またはその前駆体の構成
要素は水ベースとすることができ、その例は前駆体ベースPPVである。代替的
材料は有機分子発光材料、例えばAlq3、または従来から既知の他のあらゆる小さ
な(small)昇華分子または共役ポリマーエレクトロルミネッセント材料で
ある。
グにより蒸着される。
ることができる。導電性ポリマー層は好ましくは、ポリエチレンジオキシチオフ
ェン(「PEDT」)、ポリスチレンスルフォン酸をドープしたポリエチレンジオキ
シチオフェン(「PEDT-PSS」)、ドープしたポリアニリン、ドープしたアルキル
チオフェンおよび/またはドープしたポリピロールを含む。層の厚さは適当には
200nm未満であり、好ましくは100nm未満であり、最適には約50nmまたは
それ未満である。層の面積抵抗は適当には106または107オーム/スクエア、
好ましくは108オーム/スクエア、最適には約1010オーム/スクエアまたは それ以上である。
FT回路を示す。ピクセルの発光材料は4つの発光領域19a〜19dに分割さ
れる。TFT回路は共通ライン12(図1の電極3に対応する)と走査ライン1
0(電極6に対応する)を有し、それらは発光領域19a〜19dおよび各領域
に独立に設けられた他の回路により共用される。各発光領域は、信号ライン11
a〜11d(図1の電極5に対応する)、スイッチングトランジスタ13a〜1
3d(図1のトランジスタ7に対応する)、記憶キャパシタ14a〜14d(図
1のキャパシタ8に対応する)、および電流トランジスタ15a〜15d(図1
のトランジスタ9に対応する)を有する。図4に示すSiO2の絶縁領域は回路の構
成部品を分離し、回路はガラス基板17上に蒸着される。トランジスタ15a〜
15dの出力には、透明なインジウム−錫酸化物(「ITO」)の電極パッド18 a〜18dがあり(図4の18a参照)、発光デバイスのアノードを形成する。
ピクセルの有機発光材料は4つの分離したセクション(図4の19a〜19d参
照)でパッド上に蒸着され、共通のカソード20(図1の電極2に対応する)が
それらセクションの頂部に蒸着される。ピクセルから見る人への発光は一般的に
図3の紙面向かうの方向および図4に矢印Bで示す方向である。
により制御される。代りの実施形態では、各発光領域19a〜19dは共通ライ
ン12と等価な個別ラインを有することができ、各個別ラインは制御ユニットに
より独立に制御される。
び列に配置されたより大きな発光デバイスの一部を形成する。例えば、1つの典
型的なサイズは600行の800列であり、合計480,000ピクセルとなる
。そのデバイスは、等しい数の赤、緑、青のピクセルを有するカラーディスプレ
イデバイスとすることも可能である。図5の付加的なユニット50は別のピクセ
ルを制御するためのものである。
上に蒸着される。次に、有機発光材料がITOパッド18dなどの上に蒸着され
る。本例の有機発光材料はPPVである。PPVはデバイス全体の上に層として
蒸着することができ(例えば前駆体ポリマーのスピンコーティングにより)、次
に個別のピクセルまたはピクセル領域を形成するようにパターン付けし、もしく
は、特に各々が異なる色の光を発光するピクセルを有するマルチカラー(例えば
赤/緑/青)デバイスを形成する場合には、ピクセル/領域を個別に蒸着するこ
とができる(例えば、インクジェットプリンティングにより)。結果として得ら
れるピクセルは約1000A(オングストローム)の厚さである。
インクジェットプリンタの噴射ヘッドにより噴射する。適当な噴射サイクルは3
0plの滴下量で毎秒14,400滴である。
デバイス21の実施例を概略的に示し、各々は図3ないし図5に示した多数の独
立して制御可能な発光領域に区分される。制御ユニット24は走査ライン25お
よび信号ライン26に接続され、各々の電圧を制御可能である。制御ユニットは
27で(すなわち、パーソナルコンピュータから)ディスプレイ信号を受信し、
それら信号をディスプレイの各ピクセルについてのリアルタイム輝度信号に復号
化するためのプロセッサ28を有する。プロセッサ28は、各ピクセルを識別す
るアドレス信号をライン29上に順に出力し、そのピクセルの輝度情報をライン
30上に出力する。輝度情報は、典型的にはゼロから例えば16または64の数
であり、ピクセルの望ましい輝度を与える。制御ユニットはアドレッシングスイ
ッチユニット31を含み、それは、ピクセルを識別するアドレス情報を32で受
信すると共に輝度情報を33で受信し、その交差点にピクセルが存在する走査お
よび信号ラインを選択することにより識別されたピクセルをアドレスし、各々が
そのピクセルの記憶キャパシタ上にライン33上に示すように望ましい輝度まで
そのピクセルをオンするために必要な電荷を記憶させる走査ラインおよび信号ラ
インに適当な電圧を印加する。制御ユニットまたはそのいずれかの部分をディス
プレイ自身の背面上に形成することができる。
イスでは、アドレッシングスイッチ31はプロセッサ28から直接にアドレッシ
ング情報および輝度情報を受信することができる。しかし、本発明のこの例示的
実施形態では、プロセッサ28とスイッチユニット31との間に中間プロセッサ
34がある。中間プロセッサはライン29および30によりプロセッサ28から
各ピクセルの輝度情報を受信し、各ピクセルの望ましい輝度をメモリ35に記憶
する。次に、中間プロセッサはアドレッシングスイッチユニットを制御して2つ
の方法の一方または両方でピクセルの輝度を固定する。
)、各ピクセルからの望ましい輝度を実現するデューティサイクルでピクセルを
迅速にオンおよびオフに切り換えることによる方法である。例えば、半分の輝度
が望ましければ(例えば上述の64グレースケールスキーム中の32の輝度)、
その時間の半分は完全にオンであり、その時間の半分は完全にオフであるように
ピクセルを切り換える。ピクセルをそのオン状態とオフ状態の間で迅速に切換え
ることにより、ちらつき感を防止することができる。デバイスから一定の光が出
力されている印象を見る人に与えるための適当なスイッチング周波数は30〜5
0Hzまたはそれ以上である。中間プロセッサ34によりライン33上に出力さ
れる輝度値は、完全にオンか完全にオフかのいずれかを示す。中間値を使用する
必要はない。したがって、そのデバイスのピクセルの電流トランジスタは、常に
(オンおよびオフへの過渡時を除いて)図2に示す予測可能な平坦なオン領域お
よびオフ領域内で動作し、ピクセルの輝度はより容易に一致させることができる
。
用可能である。例えば、必要なデューティサイクル(図7参照)を実現するため
に選択されたオンおよびオフのスイッチング間の時間で、各サイクルでピクセル
を一度オンとし、一度オフとするか、もしくは一度以上(図8参照)オン、オフ
することができる。図8は、単一のピクセルについての印加電流の時間に対する
プロットを示す。ライン36は駆動スキームのサイクルを分割する。図8に示す
3サイクルの間、ピクセルの輝度は約10%から約40%へ増加される。ピクセ
ルのオン時間は同一の長さtpのパルス列として印加され、そのパルス列は加算 されて必要なデューティサイクルを実現するために必要なサイクル毎の総オン時
間を与える。サイクル毎の総オン時間を同一とすれば、オン時間とオフ時間の間
の電流パターンを変更して他の要求、例えばちらつきやクロストークの減少に適
合するようにすることができる。
きるという事実を利用することである。ピクセルの輝度は1つ以上の発光領域を
スイッチングすることにより制御可能である。先に述べたのと同様に、輝度は制
御ユニット24により制御される。アドレッシングスイッチ31はここでも各ピ
クセルを識別するアドレス情報をライン32上で順に受信し、そのピクセルの輝
度情報をライン33上で受信する。今回は、輝度情報は0〜16の値を有し、望
ましい輝度を示す。アドレッシングスイッチ31はマルチエリアプロセッサ45
を有し、それは例えば図3〜図5に示すピクセルについてのアドレス情報を受信
し、そのピクセルの個別発光領域をアドレスするために必要な走査ラインおよび
信号ラインを識別し、33で受信した輝度値に基づいて適切な電圧をそれらのラ
インに印加して、そのピクセルの発光領域の0個、1個、2個、3個または全て
を完全にオンにして望ましい輝度を実現する。それら選択された領域はピクセル
の輝度を変更させるまで完全にオンにしておくことができる。
ことができる。ピクセルをn個の発光領域に分割すべき場合に、1つの有用な分
割はそれらの領域のサイズをピクセルのフルサイズの1/(2n−1)、2/( 2n−1)、4/(2n−1),...,(2(n-1))/(2n−1)とすることで
ある。この構成は、それらn個のピクセルから2n個のグレースケール値を提供 する。例えば、図3において、発光領域19dの面積は19cの面積の2倍であ
り、それは領域19bの2倍であり、それは領域19aの2倍である。
ストリップとして規定することができる。
み合わせて、図3〜図5に示すタイプの2次分割されたピクセルを有する装置を
図7または図8を参照して説明したパルス駆動スキームにより駆動することがで
きる。各発光領域へ印加される電圧が完全にオンまたはオフではないレベルに変
化可能である場合に、これら2つの輝度制御方法のいずれかまたは両方を、図1
を参照して説明した電圧制御と組み合わせてより多くの使用可能なグレーレベル
を与えることができる。例えば、ピーク電圧が16レベルの1つから選択される
場合、図3に示すように各ピクセルが4つの領域に分割され、図7に示すような
16の使用可能な駆動スキームの1つで駆動されるデバイスでは、4096のグ
レーレベルが使用可能である。
なく、単一のピクセルを有するデバイスに適用することができる。
明示的にここに記載されたあらゆる形態または形態の組み合わせ、もしくはその
あらゆる一般化を含む。上記の説明により、本発明の視野の範囲内で種々の変形
が可能であることは当業者に明確であろう。
ある。
Claims (21)
- 【請求項1】 複数の有機発光ピクセルを含む有機発光領域と、 各々が個々のピクセルに関連付けされ、該ピクセルへの電力を切り換えるスイ
ッチ手段と、 関連付けされたピクセルからの発光が実質的に連続的に見えるようにするのに
十分な周波数で第1の低電力モードと第2の高電力モードを繰り返すように各ス
イッチ手段を駆動する駆動手段と、 を備え、低電力モードに対する高電力モードの期間を可変としてピクセルの平均
輝度を変化させる有機発光デバイス。 - 【請求項2】 前記ピクセルは第1のモードにおいて実質的に非発光である
請求項1に記載の有機発光デバイス。 - 【請求項3】 前記スイッチ手段は、ピクセルに供給される電力を切り換え
るためのトランジスタスイッチを含む請求項1または2に記載の有機発光デバイ
ス。 - 【請求項4】 第2のモードにおいてトランジスタは完全にオン状態である
請求項3に記載の有機発光デバイス。 - 【請求項5】 前記トランジスタは第2のモードにおいて完全にオフ状態で
ある請求項3に記載の有機発光デバイス。 - 【請求項6】 前記駆動手段はスイッチ手段を駆動して非瞬間的に部分的オ
ン状態にさせることが可能である請求項3ないし5のいずれかに記載の有機発光
デバイス。 - 【請求項7】 前記スイッチ手段は薄膜トランジスタスイッチを含む請求項
1ないし6のいずれかに記載の有機発光デバイス。 - 【請求項8】 前記駆動手段は各スイッチ手段を駆動して少なくとも30H
zの周波数で前記第1のモードと前記第2のモードを繰り返す請求項1ないし至
7のいずれかに記載の有機発光デバイス。 - 【請求項9】 各ピクセルは少なくとも2つの独立した発光領域を有し、各
々が発光領域の個々の1つと関連付けされて駆動手段の制御下で独立的にその発
光領域への電力を切り換えるスイッチ手段を有する請求項1ないし8のいずれか
に記載の有機発光デバイス。 - 【請求項10】 各ピクセルの発光領域が異なる領域である請求項9に記載
の有機発光デバイス。 - 【請求項11】 有機発光ピクセルは発光ポリマー材料により形成される請
求項1ないし9のいずれかに記載の有機発光デバイス。 - 【請求項12】 有機発光ピクセルは発光共役材料により形成される請求項
1ないし11のいずれかに記載の有機発光デバイス。 - 【請求項13】 有機発光ピクセルは、ポリ(p−フェニレンビニレン)ま
たはその派生物である請求項1ないし12のいずれかに記載の有機発光デバイス
。 - 【請求項14】 各ピクセルはインクジェットプリンティングにより蒸着さ
れる請求項1ないし13のいずれかに記載の有機発光デバイス。 - 【請求項15】 各々が少なくとも2つの独立発光領域を有する複数の有機
発光ピクセルを含む有機発光領域と、 各ピクセルに関連付けされ、各々がそのピクセルの個別の発光領域に関連付け
され該領域への電力を切り換えるスイッチ手段を有するスイッチ構成と、 各ピクセルをその関連付けされたスイッチ構成によりアドレスし、1つ以上の
対応するスイッチ手段を選択的に駆動することにより各ピクセルの輝度を制御し
て、該ピクセルの発光領域の選択された1つを発光させる制御手段とを備える有
機発光デバイス。 - 【請求項16】 各ピクセルの発光領域が異なるサイズである請求項15に
記載の有機発光デバイス。 - 【請求項17】 各ピクセルの発光領域が異なる面積である請求項16に記
載の有機発光デバイス。 - 【請求項18】 有機発光領域は発光ポリマー材料により形成される請求項
15ないし17のいずれかに記載の有機発光デバイス。 - 【請求項19】 有機発光領域は発光共役材料により形成される請求項15
ないし18のいずれかに記載の有機発光デバイス。 - 【請求項20】 有機発光領域はポリ(p−フェニレンビニレン)またはそ
の誘導体から形成される請求項15ないし19のいずれかに記載の有機発光デバ
イス。 - 【請求項21】 各有機発光領域はインクジェットプリンティングにより蒸
着される請求項15ないし20のいずれかに記載の有機発光デバイス。
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