JP2006100796A - Light emitting device using light emitting element, driving method of light emitting element, and lighting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流を流すことにより発光する発光素子を有する発光装置に関する。特に、輝度劣化の小さい発光素子を有する発光装置に関する。また、輝度劣化を小さくするための発光素子の駆動方法に関する。 The present invention relates to a light-emitting device having a light-emitting element that emits light when an electric current flows. In particular, the present invention relates to a light-emitting device having a light-emitting element with low luminance deterioration. The present invention also relates to a driving method of a light emitting element for reducing luminance deterioration.
近年、発光ダイオード(LED)や、発光性の有機化合物を用いた発光素子(有機発光ダイオード;OLED)のように、電流を流すことにより高輝度が得られる発光素子が注目を浴びている。 2. Description of the Related Art In recent years, light-emitting elements that can obtain high luminance by flowing current, such as light-emitting diodes (LEDs) and light-emitting elements (organic light-emitting diodes; OLEDs) using a light-emitting organic compound, have attracted attention.
発光性の有機化合物を用いた発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の有機化合物を含む層を挟んだものである。この素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子およびホールがそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に輸送され、電流が流れる。そして、それらキャリア(電子およびホール)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。 A basic structure of a light-emitting element using a light-emitting organic compound is obtained by sandwiching a layer containing a light-emitting organic compound between a pair of electrodes. By applying a voltage to this element, electrons and holes are respectively transported from the pair of electrodes to the layer containing a light-emitting organic compound, and current flows. Then, these carriers (electrons and holes) recombine, whereby the light-emitting organic compound forms an excited state, and emits light when the excited state returns to the ground state.
なお、有機化合物が形成する励起状態の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能であり、一重項励起状態からの発光が蛍光、三重項励起状態からの発光が燐光と呼ばれている。 Note that the excited states formed by the organic compound can be singlet excited state or triplet excited state. Light emission from the singlet excited state is called fluorescence, and light emission from the triplet excited state is called phosphorescence. ing.
このような発光素子は通常、サブミクロン〜数ミクロン程度の薄膜で形成されるため、薄型軽量に作製できることが大きな利点である。また、キャリアが注入されてから発光に至るまでの時間はマイクロ秒程度あるいはそれ以下であるため、非常に応答速度が速いことも特長の一つである。また、数ボルト〜数十ボルト程度の直流電圧で十分な発光が得られるため、消費電力も比較的少ない。これらの利点から、上述した発光素子は、次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目されている。 Since such a light emitting element is usually formed with a thin film of about submicron to several microns, it is a great advantage that it can be manufactured thin and light. In addition, since the time from the injection of the carrier to the light emission is about microseconds or less, one of the features is that the response speed is very fast. Further, since sufficient light emission can be obtained with a DC voltage of several volts to several tens of volts, power consumption is relatively small. Because of these advantages, the above-described light-emitting element has attracted attention as a next-generation flat panel display element.
また、このような発光素子は、一対の電極および発光層を膜状に形成するため、大面積の素子を形成することにより、面状の発光を容易に得ることができる。このことは、白熱電球やLEDに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。 In addition, since such a light-emitting element forms a pair of electrodes and a light-emitting layer in a film shape, planar light emission can be easily obtained by forming a large-area element. This is a feature that is difficult to obtain with a point light source typified by an incandescent bulb or LED, or a line light source typified by a fluorescent lamp, and therefore has high utility value as a surface light source applicable to illumination or the like.
ところで、上述したような電流を流すことにより発光する発光素子は、流す電流量によってその出力(輝度)が決まる。したがって、発光素子を発光させる際には、電流量を適切な値に設定することで、用途に適した輝度を設定することができる。なお、この時、電流密度に対する輝度の割合のことを電流効率と呼ぶ。 By the way, the output (luminance) of a light-emitting element that emits light by passing a current as described above is determined by the amount of current that flows. Therefore, when the light emitting element emits light, the luminance suitable for the application can be set by setting the current amount to an appropriate value. At this time, the ratio of the luminance to the current density is called current efficiency.
この電流効率が変化しなければ、ある一定の電流を流すことである一定の輝度が得られることになるが、現実的にはそうではない。通常の発光素子は、電流を流す(あるいは発光させる)ことで徐々に電流効率が低下していくため、ある一定の電流を流していても輝度は徐々に低下していくのである。特に、発光性の有機化合物を用いた発光素子においては、この輝度劣化は顕著に見られ、発光素子の発展の大きな妨げとなっている。 If this current efficiency does not change, a certain luminance can be obtained by passing a certain current, but this is not practical. In a normal light emitting element, the current efficiency is gradually lowered by passing a current (or light is emitted), so that the luminance is gradually lowered even when a certain current is passed. In particular, in a light-emitting element using a light-emitting organic compound, this luminance deterioration is noticeable, which greatly hinders the development of the light-emitting element.
そのため、この分野の研究開発においては、一定電流を流し続けた時の輝度劣化(すなわち定電流駆動時の電流効率の低下)をなるべく抑制するために、材料やデバイス構造の改善が数多くなされてきた。その結果、現在では、輝度の半減期で数万時間に達する発光素子も開発されており、実用化レベルという見方も多い。なお、定電流駆動とは、発光素子の電極にある一定の電流密度で電流を流し続けることをいう。なお、電流密度とは、発光素子の電極の単位面積当たりの電流の強さを表す。 For this reason, in research and development in this field, many improvements have been made to materials and device structures in order to suppress as much as possible the deterioration in luminance when a constant current is passed (that is, the reduction in current efficiency during constant current driving). . As a result, at present, light-emitting elements having a luminance half-life of several tens of thousands of hours have been developed, and there are many viewpoints of practical use. Note that the constant current driving means that a current is continuously supplied at a certain current density to the electrodes of the light emitting element. Note that the current density represents the intensity of current per unit area of the electrode of the light emitting element.
しかしながら、輝度の違い(あるいは輝度ムラ)は数%程度であっても認識されてしまうため、パーソナルコンピュータやテレビ等に用いるディスプレイ用途、あるいは照明用途のように、輝度劣化の小ささが要求される応用分野に対しては、まだ十分な信頼性を有しているとは言えない。特に照明などは高輝度が要求されるが、設定輝度を上げれば上げるほど輝度劣化も速くなってしまうという発光素子の現状を考えると、未だ実用化レベルには達していない。 However, since the difference in luminance (or luminance unevenness) is recognized even if it is about several percent, it is required to have low luminance deterioration as in the display application or lighting application used for personal computers and televisions. For application fields, it is still not reliable enough. In particular, high brightness is required for illumination and the like. However, considering the current state of light-emitting elements that brightness degradation is accelerated as the set brightness is increased, it has not yet reached a practical level.
この輝度劣化のメカニズムに関しては、未だ十分な議論はなされていないが、例えば、一定電流を流し続けた時の輝度劣化曲線(時間−輝度曲線)を拡張指数関数と呼ばれる関数でフィッティングし、輝度劣化のメカニズムについて考察しているものがある(非特許文献1参照。)。輝度劣化には複数の要因が複雑に混在しており、残念ながら根本的な解明には繋がっていないが、この関数自体はかなり精度よく輝度劣化曲線をフィッティングできる。 Although there has not yet been a sufficient discussion regarding the mechanism of this luminance degradation, for example, fitting a luminance degradation curve (time-luminance curve) when a constant current continues to flow with a function called an extended exponential function results in luminance degradation. (See Non-Patent Document 1). A number of factors are complicatedly mixed in the luminance degradation, and unfortunately, it has not led to a fundamental clarification, but this function itself can fit the luminance degradation curve with high accuracy.
いずれにしても、上述したような輝度劣化、すなわち電流効率の低下は、基本的に有機材料の低い耐久性や有機薄膜の脆弱さに起因している部分が大きいと考えられ、材料やデバイス構造の改善だけでは不十分と言える。そこで、駆動方法の観点から輝度劣化を抑制する試みもなされている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1においては、逆バイアスを印加することにより輝度半減期を2倍程度にまで向上させているが、輝度劣化の発生自体を大きく抑制するには至っていない。
そこで本発明では、駆動手段を工夫することにより、輝度劣化の小さい発光素子を有する発光装置を提供することを課題とする。また、発光素子の輝度劣化を小さくするための駆動方法を提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a light-emitting device having a light-emitting element with small luminance deterioration by devising a driving unit. It is another object of the present invention to provide a driving method for reducing luminance deterioration of a light emitting element.
発光素子は上述したように、電流を流す(あるいは発光させる)ことで電流効率の低下を示すが、これは材料や素子構造に由来する回避しがたい現象である。したがって、輝度劣化を小さくするためには、電流効率が経時的に低下してしまう分を補正する形で経時的に電流量を増やしていけばよい。 As described above, a light-emitting element exhibits a decrease in current efficiency when a current flows (or emits light), which is an unavoidable phenomenon due to the material and element structure. Therefore, in order to reduce the luminance deterioration, it is only necessary to increase the amount of current over time by correcting the amount of decrease in current efficiency over time.
しかしながら、電流量を増やしすぎてしまうと、輝度劣化を小さくするというよりもむしろ、逆に輝度の上昇を招いてしまう恐れがある。かといって、電流量の増加が小さすぎれば、輝度劣化を抑制することはできない。また、輝度劣化を抑制するための適切な電流量の増やし方は、発光素子の構成材料・構造によって大きく変わってくる。 However, if the amount of current is increased too much, there is a risk that the luminance will increase rather than decrease the luminance degradation. However, if the increase in the amount of current is too small, luminance deterioration cannot be suppressed. In addition, the method of increasing an appropriate amount of current for suppressing luminance deterioration greatly varies depending on the constituent material and structure of the light emitting element.
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、これらの困難を以下に示す手法により克服できることを見出した。すなわち本発明の構成は、陽極と陰極との間に発光層を有する発光素子と、前記発光素子に流れる電流の電流密度Jを下記式(1)に従って経時的に増加させる手段と、を有する発光装置である。 As a result of intensive studies, the present inventor has found that these difficulties can be overcome by the following method. That is, the structure of the present invention is a light emitting device having a light emitting element having a light emitting layer between an anode and a cathode, and means for increasing the current density J of the current flowing through the light emitting element over time according to the following formula (1). Device.
J = J0・exp[(k・t)β] ・・・(1)
(J0は前記発光素子における初期設定の電流密度、tは発光時間、kおよびβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。)
J = J 0 · exp [( k · t) β] ··· (1)
(J 0 is the initial current density in the light emitting element, t is the light emission time, and k and β are positive parameters determined by the characteristics of the light emitting element.)
また、本発明の他の構成は、陽極と陰極との間に発光層を有する発光素子と、前記発光素子に流れる電流の電流密度Jを下記式(2)に従って経時的に増加させる手段と、を有する発光装置である。 According to another aspect of the present invention, there is provided a light emitting device having a light emitting layer between an anode and a cathode, means for increasing a current density J of a current flowing in the light emitting device over time according to the following formula (2), A light emitting device having
J = J0・exp[(k’・∫Jdt)β] ・・・(2)
(J0は前記発光素子における初期設定の電流密度、tは発光時間、k’およびβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、∫は0からtまでの積分を表す。)
J = J 0 · exp [(k ′ · ∫Jdt) β ] (2)
(J 0 represents the initial current density in the light emitting element, t represents the light emission time, k ′ and β represent positive parameters determined by the characteristics of the light emitting element, and ∫ represents the integral from 0 to t. .)
また、本発明の他の構成は、陽極と陰極との間に発光層を有する発光素子と、前記発光素子に流れる電流の電流密度の増加率γを下記式(3)に従って制御する手段と、を有する発光装置である。 According to another aspect of the present invention, there is provided a light emitting element having a light emitting layer between an anode and a cathode, a means for controlling an increase rate γ of a current density of a current flowing through the light emitting element according to the following formula (3), A light emitting device having
γ = exp[{(γ+1)・k・t/2}β] ・・・(3)
(tは発光時間、kおよびβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、前記発光素子における初期設定の電流密度をJ0、前記発光素子に流れる電流密度をJとすると、γ=J/J0である。)
γ = exp [{(γ + 1) · k · t / 2} β ] (3)
(T represents the light emission time, k and β represent positive parameters determined by the characteristics of the light emitting element. Also, assuming that the initial current density in the light emitting element is J 0 and the current density flowing in the light emitting element is J. , is γ = J / J 0.)
さらに本発明者は、0<n<100なるデューティー比nで駆動する発光素子に対し、下記式(4)で表される式に従って電圧上昇させていくことによって、電流量を経時的に適度に増加させ、輝度劣化を抑制できることを見出した。すなわち本発明の他の構成は、陽極と陰極との間に発光層を有する発光素子と、前記発光素子を0<n<100なるデューティー比nで駆動するための第1の手段と、前記発光素子の電圧Vを下記式(4)に従って増加させる第2の手段と、を有する発光装置である。なお、この時の前記発光素子に流れる電流量の増加率は、適切なデューティー比を選ぶことによって適切な率に設定することができる。 Furthermore, the present inventor appropriately increases the amount of current over time by increasing the voltage in accordance with the equation represented by the following equation (4) with respect to the light emitting element driven at a duty ratio n of 0 <n <100. It was found that the luminance degradation can be suppressed by increasing the luminance. That is, another configuration of the present invention includes a light emitting element having a light emitting layer between an anode and a cathode, a first means for driving the light emitting element with a duty ratio n of 0 <n <100, and the light emitting element. And a second means for increasing the voltage V of the element according to the following formula (4). Note that the rate of increase in the amount of current flowing through the light emitting element at this time can be set to an appropriate rate by selecting an appropriate duty ratio.
V = {J0/g(Q100)}1/f(t') ・・・(4)
(J0は前記発光素子における初期設定の電流密度を表す。また、f(t’)は保存時間t’を変数とする単調減少の関数である。また、g(Q)は前記発光素子に流れる単位面積あたりの総電荷量Qを変数とする単調減少の関数である。また、Q100は、デューティー比100、電流密度J0で前記発光素子を定電流駆動した場合に流れる単位面積あたりの総電荷量であり、前記発光素子の駆動時間をt’’とすると、Q100=J0・t’’で表される。)
V = {J 0 / g (Q 100 )} 1 / f (t ′) (4)
(J 0 represents the initial current density in the light emitting element. F (t ′) is a monotonically decreasing function with the storage time t ′ as a variable. Also, g (Q) represents the light emitting element. A monotonically decreasing function with the total charge amount Q per unit area flowing as a variable, and Q 100 per unit area flowing when the light emitting element is driven at a constant current with a duty ratio of 100 and a current density J 0 . (It is a total charge amount, and when the driving time of the light emitting element is t ″, it is expressed by Q 100 = J 0 · t ″.)
この時、前記発光素子に対して、式(4)で表される電圧を印加する手法としては、前記発光素子と同一構造であるモニター素子をデューティー比=100、電流密度=J0で定電流駆動し、そのモニター素子の電圧をオペアンプにより前記発光素子に印加する手法が考えられる。したがって、前記第2の手段が、前記発光素子と同一構造であるモニター素子と、電流密度がJ0である一定電流を前記モニター素子に供給するための定電流源と、前記モニター素子に印加される電圧を前記発光素子に印加するためのオペアンプと、を有する発光装置も本発明に含むものとする。なお、モニター素子は、発光素子に対応して、当該発光素子の電圧Vを式(4)に従って増加させることができるのであれば、発光素子と同一構造でなくてもよい。 At this time, as a method of applying the voltage represented by the formula (4) to the light emitting element, a monitor element having the same structure as that of the light emitting element has a constant current with a duty ratio = 100 and a current density = J 0. A method of driving and applying the voltage of the monitor element to the light emitting element by an operational amplifier can be considered. Therefore, the second means is applied to the monitor element having the same structure as the light emitting element, a constant current source for supplying a constant current having a current density of J 0 to the monitor element, and the monitor element. A light-emitting device having an operational amplifier for applying a voltage to the light-emitting element is also included in the present invention. Note that the monitor element does not have to have the same structure as the light-emitting element as long as the voltage V of the light-emitting element can be increased according to the formula (4) corresponding to the light-emitting element.
なお、発光性の有機化合物を用いた発光素子は、電流効率の低下が比較的顕著であるため、本発明の構成は特に、発光性の有機化合物を用いた発光素子に対して有用である。発光性の有機化合物としては、燐光物質が好ましい。 Note that a reduction in current efficiency is relatively significant in a light-emitting element using a light-emitting organic compound, and thus the structure of the present invention is particularly useful for a light-emitting element using a light-emitting organic compound. As the light-emitting organic compound, a phosphorescent material is preferable.
さらに、本発明の発光装置は、高輝度・長寿命が要求される照明器具などの用途に好適である。 Furthermore, the light-emitting device of the present invention is suitable for applications such as lighting fixtures that require high brightness and long life.
以上で述べた本発明の主旨によれば、本発明は、発光素子の輝度劣化を小さくするための駆動方法も提供することができる。すなわち本発明では、上記式(1)〜(3)のいずれかに従って、発光素子に流す電流の電流密度を経時的に増加させる発光素子の駆動方法も含むものとする。あるいはまた、発光素子を0<n<100なるデューティー比nで駆動し、かつ、上記式(4)に従って、前記発光素子の電圧を増加させる発光素子の駆動方法も含むものとする。 According to the gist of the present invention described above, the present invention can also provide a driving method for reducing luminance deterioration of a light emitting element. That is, the present invention includes a method for driving a light emitting element that increases the current density of the current flowing through the light emitting element over time according to any one of the above formulas (1) to (3). Alternatively, a driving method of a light emitting element is also included in which the light emitting element is driven with a duty ratio n of 0 <n <100, and the voltage of the light emitting element is increased according to the above formula (4).
なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子を用いた発光体や画像表示デバイスなどを指す。また、発光素子にコネクター、例えばフレキシブルプリント基盤(FPC:Flexible Printed Circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。 Note that a light-emitting device in this specification refers to a light-emitting body using a light-emitting element, an image display device, or the like. In addition, a connector in which a connector, for example, a flexible printed circuit (FPC), a TAB (Tape Automated Bonding) tape or a TCP (Tape Carrier Package), is attached to the light emitting element, and a printed wiring board is attached to the end of the TAB tape or TCP. It is assumed that the light-emitting device includes all the modules provided or ICs (integrated circuits) directly mounted on the light-emitting elements by a COG (Chip On Glass) method.
本発明を実施することで、輝度劣化の小さい発光素子を有する発光装置を得ることができる。 By implementing the present invention, a light-emitting device having a light-emitting element with low luminance deterioration can be obtained.
以下では、本発明の実施形態について、動作原理および具体的な構成例を挙げて詳細に説明する。まず、本発明の動作原理について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to an operation principle and a specific configuration example. First, the operation principle of the present invention will be described.
連続点灯させる前の発光素子が、ある電流密度J0の電流を流すことにより、輝度L0で発光したとする(以下、J0を初期設定の電流密度、L0を初期輝度と呼ぶ)。この発光素子に対し、J0の電流密度で電流を流し続ける(すなわち定電流駆動する)場合、初期輝度L0で発光していた発光素子の輝度は徐々に低下するわけだが、上記非特許文献1によれば、下記式(5)で表される「拡張された指数関数」に従って輝度が低下していくことが知られている。 It is assumed that the light emitting element before being continuously lit emits light with a luminance L 0 by flowing a current having a certain current density J 0 (hereinafter, J 0 is referred to as an initially set current density and L 0 is referred to as an initial luminance). When a current is continuously supplied to the light emitting element at a current density of J 0 (that is, driven at a constant current), the luminance of the light emitting element emitting light with the initial luminance L 0 gradually decreases. 1, it is known that the luminance decreases according to the “expanded exponential function” expressed by the following equation (5).
L(t) = exp[−(t/τ)β] ・・・(5)
(tは発光時間、L(t)は相対輝度(初期輝度L0に対する輝度Lの割合)を表す。すなわち、L(t)=L/L0であり、また、L(0)=1である。さらに、τおよびβは発光素子によって決まる正のパラメータであり、τは減衰時間(単位;時間)、βは分散因子(単位なし)と呼ばれている。)
L (t) = exp [− (t / τ) β ] (5)
(T is the light emission time, and L (t) represents the relative luminance (ratio of the luminance L to the initial luminance L 0 ), that is, L (t) = L / L 0 and L (0) = 1. In addition, τ and β are positive parameters determined by the light emitting element, τ is called decay time (unit; time), and β is called dispersion factor (no unit).)
ここで、k=1/τとおくと、上記式(5)は下記式(6)のように書き換えることができる。 Here, when k = 1 / τ, the above equation (5) can be rewritten as the following equation (6).
L/L0 = exp[−(k・t)β] ・・・(6) L / L 0 = exp [− (k · t) β ] (6)
なお、β=1の時、式(6)はL=L0・exp[−(k・t)]と書くことができる。この式は、一次反応の反応速度則と酷似しているため、その類似性から、kは「発光に寄与する分子が一次反応的に発光に寄与しなくなる」場合の速度定数と見ることができる(実際に、kの単位も[時間-1]である)。また、βは指数曲線の形を変形させるパラメータであり、具体的には、0<β≦1の範囲において、βが小さくなるほど式(6)は初期劣化が大きい曲線となる。 When β = 1, equation (6) can be written as L = L 0 · exp [− (k · t)]. Since this equation is very similar to the reaction rate law of the first-order reaction, k can be regarded as a rate constant when “a molecule that contributes to light emission does not contribute to light emission in a first-order reaction” from the similarity. (In fact, the unit of k is also [time- 1 ]). Further, β is a parameter that deforms the shape of the exponential curve. Specifically, in the range of 0 <β ≦ 1, Equation (6) becomes a curve with a larger initial deterioration as β decreases.
ところで、発光素子の輝度Lは、電流効率をη、電流密度をJとして、一般に下記式(7)で表される。また、定電流駆動する場合であれば、J=J0とおくことで、式(7)は式(8)のように書くことができる(J0は初期設定の電流密度であり、なおかつ一定の値である)。 Incidentally, the luminance L of the light emitting element is generally represented by the following formula (7), where η is the current efficiency and J is the current density. In the case of constant current driving, by setting J = J 0 , Equation (7) can be written as Equation (8) (J 0 is the initial current density and is constant) Value).
L = η・J ・・・(7)
L = η・J0 ・・・(8)
L = η · J (7)
L = η · J 0 (8)
したがって、定電流駆動する場合においては、式(6)および式(8)から下記式(9)を導くことができる。 Therefore, in the case of constant current driving, the following equation (9) can be derived from the equations (6) and (8).
η = L0/J0・exp[−(k・t)β] ・・・(9) η = L 0 / J 0 · exp [− (k · t) β ] (9)
ここで、L0/J0は、「初期輝度/初期設定の電流密度」であるから、連続点灯させる前、つまり初期状態の電流効率η0のことを指す。したがって、この式(9)は、「ある一定の電流密度J0で電流を流し続けた場合、電流効率ηがη0(=L0/J0)から経時的に低下していく」現象を示している。つまり、式(6)で表される定電流駆動時における輝度劣化曲線は、式(9)で表される電流効率の低下の曲線と同義であることがわかる。 Here, L 0 / J 0 is “initial luminance / initial setting current density”, and thus indicates the current efficiency η 0 in the initial state before continuous lighting. Therefore, this equation (9) shows the phenomenon that “current efficiency η decreases with time from η 0 (= L 0 / J 0 ) when current is kept flowing at a certain current density J 0 ”. Show. That is, it can be seen that the luminance deterioration curve at the time of constant current driving represented by the equation (6) is synonymous with the current efficiency decrease curve represented by the equation (9).
電流効率ηが式(9)に従って低下していく以上、一定の電流を流し続ける手法では、輝度も低下していくことになる。そこで、適切な割合で電流量を増やしていくことで、輝度劣化を抑えることができると本発明者は考えた。 As long as the current efficiency η is reduced according to the equation (9), the luminance is also lowered in the method of keeping a constant current flowing. Therefore, the present inventor has thought that luminance deterioration can be suppressed by increasing the amount of current at an appropriate ratio.
ここで重要なのは、その電流量の増やし方が小さすぎると輝度劣化の抑制効果も小さくなってしまうし、一方で、電流量の増やし方が大きすぎると、逆に輝度が大きく上昇してしまうという別の不良が発生してしまうことである。つまり、輝度が大きく上昇もせず、また劣化も小さく抑えられるような電流量の増やし方を確立することが重要であり、本発明の主旨となるものである。 What is important here is that if the amount of current increase is too small, the effect of suppressing luminance deterioration will be small, whereas if the amount of current increase is too large, the luminance will increase significantly. Another defect will occur. In other words, it is important to establish a method for increasing the amount of current so that the luminance does not increase greatly and deterioration is suppressed to a small extent, which is the gist of the present invention.
また本発明においては、その電流量の増やし方を、発光時間を変数とする関数(数式)で表す点が主旨の一つでもある。なぜならば、そのような数式で発光素子を駆動するようプログラムしておき、なおかつ発光時間を記憶できるメモリ回路を併設するだけで、容易に輝度劣化の小さい発光素子が得られるためである。 Further, in the present invention, one of the main points is that the method of increasing the amount of current is expressed by a function (formula) having the light emission time as a variable. This is because it is possible to easily obtain a light-emitting element with small luminance deterioration simply by programming a light-emitting element to be driven with such a mathematical formula and additionally providing a memory circuit capable of storing the light-emission time.
[実施形態1]
まず、一般的な電流効率を表す式である式(7)に式(9)を代入すると、下記式(10)が得られる。
[Embodiment 1]
First, the following formula (10) is obtained by substituting the formula (9) into the formula (7) that is a formula representing a general current efficiency.
L = L0/J0・exp[−(k・t)β]・J ・・・(10) L = L 0 / J 0 · exp [− (k · t) β ] · J (10)
ここで、式(10)において、輝度Lを初期輝度L0のまま保つ(すなわち、輝度の経時劣化がない)と仮定する。その場合、L=L0を式(10)に代入し、変形することで下記式(1)が得られる。 Here, in Equation (10), it is assumed that the luminance L is maintained as the initial luminance L 0 (that is, there is no deterioration with time of luminance). In that case, the following formula (1) is obtained by substituting L = L 0 into formula (10) and transforming it.
J = J0・exp[(k・t)β] ・・・(1)
(J0は発光素子における初期設定の電流密度、tは発光時間、kおよびβはそれぞれ発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。)
J = J 0 · exp [( k · t) β] ··· (1)
(J 0 is the initial current density in the light emitting element, t is the light emission time, and k and β are positive parameters determined by the characteristics of the light emitting element.)
なお、発光時間とは、発光素子が発光している時間のことをさす。 Note that the light emission time refers to a time during which the light emitting element emits light.
式(1)は、式(9)が成り立つ場合に、電流密度Jを初期設定の電流密度J0からどのように経時的に増やしていけば、輝度Lが初期輝度L0に保たれるかを理論的に表す式である。したがって、式(1)に従って発光素子の電流量を経時的に増加させていくことにより、輝度劣化の小さい発光素子が得られる。また、発光素子と、前記発光素子に流れる電流の電流密度Jを式(1)に従って経時的に増加させる手段(具体的には、発光時間を記憶できるメモリ回路と、式(1)に従って発光素子を駆動するプログラムである)と、を有する発光装置を作製することにより、輝度劣化の小さい発光装置が得られる。 Equation (1) shows how the luminance L can be maintained at the initial luminance L 0 by increasing the current density J from the initial setting current density J 0 over time when equation (9) holds. Is a theoretical expression. Therefore, by increasing the current amount of the light emitting element over time according to the formula (1), a light emitting element with small luminance deterioration can be obtained. Further, a light emitting element, means for increasing the current density J of the current flowing through the light emitting element over time according to the formula (1) (specifically, a memory circuit capable of storing the light emission time, and the light emitting element according to the formula (1)) A light-emitting device having a small luminance deterioration can be obtained.
なお、発光素子によって決まるパラメータkおよびβは、あらかじめ発光素子を初期輝度L0で定電流駆動(すなわち初期設定の電流密度J0(=一定)で駆動)し、その結果得られる輝度劣化曲線(時間−輝度曲線)を式(6)でフィッティングすることにより求めることができる。 Note that the parameters k and β determined by the light emitting elements are the luminance degradation curves (results obtained by driving the light emitting elements at a constant current L 0 in advance at a constant current L 0 (that is, driving at an initial current density J 0 (= constant)). (Time-luminance curve) can be obtained by fitting with equation (6).
したがって、
実用に供したい輝度を決定し、
その輝度を得るのに必要な電流密度を測定し、
その電流密度で駆動することにより輝度劣化曲線を測定し、
その輝度劣化曲線からパラメータkおよびβを求め、
求めたパラメータkおよびβを式(1)に代入し、
パラメータkおよびβを代入した式(1)に従って電流密度Jが増えるようプログラムし、
そのプログラムに従って発光素子を駆動する
ことにより、輝度劣化の小さい発光素子、およびその発光素子を用いた発光装置が得られる。
Therefore,
Decide the brightness you want to put to practical use,
Measure the current density needed to get that brightness,
Measure the luminance degradation curve by driving at that current density,
Parameters k and β are obtained from the luminance degradation curve,
Substituting the obtained parameters k and β into equation (1),
Program the current density J to increase according to equation (1) with the parameters k and β substituted,
By driving the light emitting element in accordance with the program, a light emitting element with small luminance deterioration and a light emitting device using the light emitting element can be obtained.
ただし、パラメータkおよびβは加速試験から求めてもよい。すなわち、パラメータkおよびβの輝度に対する加速係数が求まっていれば、実用に供したい輝度が1000cd/m2であっても、実際には初期輝度5000cd/m2で定電流駆動してパラメータkおよびβを求め、それを初期輝度1000cd/m2で定電流駆動した時のパラメータkおよびβに換算してもよい。 However, the parameters k and β may be obtained from an acceleration test. That is, if been obtained acceleration coefficient with respect to the luminance of the parameter k and beta, even 1000 cd / m 2 luminance to be put to practical use, and parameters k actually be driven with a constant current at an initial luminance 5000 cd / m 2 β may be obtained and converted into parameters k and β when driven at a constant current with an initial luminance of 1000 cd / m 2 .
このように、本実施形態1では、式(1)の如き極めて単純な数式を適用することにより、容易に輝度劣化の小さい発光素子が得られるという利点がある。 As described above, the first embodiment has an advantage that a light-emitting element with small luminance deterioration can be easily obtained by applying a very simple mathematical expression such as Expression (1).
[実施形態2]
上述した式(9)は、定電流駆動時における電流効率の低下を表す式である。したがって、定電流駆動ではなく、経時的に電流量を増やしていった場合、電流効率の低下は実際には式(9)よりも加速される場合がある(つまり、電流効率の低下は、式(9)からずれてくる可能性がある)。
[Embodiment 2]
Expression (9) described above is an expression representing a decrease in current efficiency during constant current driving. Therefore, when the amount of current is increased over time instead of constant current driving, the decrease in current efficiency may actually be accelerated more than in equation (9) (that is, the decrease in current efficiency is (There is a possibility of deviation from (9)).
そこで本実施形態2では、やや煩雑にはなるものの、電流効率の低下のずれを補正し、理論上一定輝度が得られるような電流量の増やし方を表す理論式を提供する。 In view of this, the second embodiment provides a theoretical formula that represents how to increase the amount of current so that a constant luminance can be theoretically obtained by correcting a shift in the decrease in current efficiency, although it is somewhat complicated.
まず、式(9)において、k=k’・J0とおくと、下記式(11)が得られる。 First, in equation (9), if k = k ′ · J 0 , the following equation (11) is obtained.
η = L0/J0・exp[−(k’・J0・t)β] ・・・(11) η = L 0 / J 0 · exp [− (k ′ · J 0 · t) β ] (11)
ここで、式(11)中の右辺において、「J0・t」は発光時間tの時点で発光素子に流れた単位面積あたりの総電荷量Qを表す。つまり、電流効率ηの低下は、定電流駆動かそうでないかに関わらず、発光素子に流れる単位面積あたりの総電荷量Qを用いて、実際は下記式(12)で表されると考えられる。 Here, on the right side in the equation (11), “J 0 · t” represents the total charge amount Q per unit area that has flowed to the light emitting element at the time of the light emission time t. That is, it can be considered that the decrease in current efficiency η is actually expressed by the following formula (12) using the total charge amount Q per unit area flowing through the light emitting element, regardless of whether the current drive is constant current or not.
η = L0/J0・exp[−(k’・Q)β] ・・・(12) η = L 0 / J 0 · exp [− (k ′ · Q) β ] (12)
また、単位面積あたりの総電荷量Qは、発光素子に流れる電流の電流密度Jを用いて、下記式(13)の積分式で表される。 Further, the total charge amount Q per unit area is expressed by an integral formula of the following formula (13) using the current density J of the current flowing through the light emitting element.
Q = ∫Jdt ・・・(13)
(∫は0からtまでの積分を表す。)
Q = ∫ Jdt (13)
(∫ represents the integral from 0 to t.)
したがって、式(12)および式(13)から、下記式(14)が得られる。 Therefore, the following equation (14) is obtained from the equations (12) and (13).
η = L0/J0・exp[−(k’・∫Jdt)β] ・・・(14) η = L 0 / J 0 · exp [− (k ′ · ∫Jdt) β ] (14)
この式(14)は、定電流駆動に限らず、電流量が変化する駆動であっても、発光素子に流れた総電荷量(すなわち積分項)に依存して電流効率がどの程度低下するかを表せる式である。つまり、図1(a)の時間−電流密度曲線に示すように、電流密度が経時的に一定でなく変化する場合であっても、流れた単位面積あたりの総電荷量Q(図1(a)中の斜線部の面積に相当する)を求めることで、ある時間において電流効率がどの程度低下するかを知ることができる。 This equation (14) is not limited to constant current driving, but to what extent the current efficiency decreases depending on the total amount of electric charge (that is, the integral term) that has flowed through the light emitting element, even when the amount of current changes. It is a formula that can express. That is, as shown in the time-current density curve of FIG. 1A, even when the current density is not constant over time, the total charge amount Q per unit area that has flowed (see FIG. 1A It is possible to know how much the current efficiency is reduced in a certain time.
この式(14)を、一般的な電流効率を表す式である式(7)に代入すると、下記式(15)が得られる。 Substituting this equation (14) into equation (7), which is an equation representing general current efficiency, yields the following equation (15).
L = L0/J0・exp[−(k’・∫Jdt)β]・J ・・・(15) L = L 0 / J 0 · exp [− (k ′ · ∫Jdt) β ] · J (15)
ここで、式(15)において、輝度Lを初期輝度L0のまま保つ(すなわち、輝度の経時劣化がない)と仮定する。その場合、L=L0を式(15)に代入し、変形することで下記式(2)が得られる。 Here, in Equation (15), it is assumed that the luminance L is maintained as the initial luminance L 0 (that is, there is no deterioration with time of luminance). In that case, the following formula (2) is obtained by substituting L = L 0 into formula (15) and transforming it.
J = J0・exp[(k’・∫Jdt)β] ・・・(2)
(J0は前記発光素子における初期設定の電流密度、tは発光時間、k’およびβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、∫は0からtまでの積分を表す。)
J = J 0 · exp [(k ′ · ∫Jdt) β ] (2)
(J 0 represents the initial current density in the light emitting element, t represents the light emission time, k ′ and β represent positive parameters determined by the characteristics of the light emitting element, and ∫ represents the integral from 0 to t. .)
式(2)は、電流密度Jを初期設定の電流密度J0からどのように経時的に増やしていけば、輝度Lを初期輝度L0に保てるかを理論的に表す式である。したがって、式(2)に従って発光素子の電流量を経時的に増加させていくことにより、輝度劣化の極めて小さい発光素子が得られる。また、発光素子と、前記発光素子に流れる電流の電流密度Jを式(2)に従って経時的に増加させる手段(具体的には、電流密度をモニターする電流計と、発光時間および流れた電流密度を記憶できるメモリ回路と、式(2)に従って発光素子を駆動するプログラムである)と、を有する発光装置を作製することにより、輝度劣化の小さい発光装置が得られる。 Expression (2) is an expression that theoretically represents how the luminance L can be maintained at the initial luminance L 0 by increasing the current density J from the initial setting current density J 0 over time. Therefore, by increasing the current amount of the light emitting element over time according to the formula (2), a light emitting element with extremely small luminance deterioration can be obtained. In addition, the light emitting element and means for increasing the current density J of the current flowing through the light emitting element over time according to the formula (2) (specifically, an ammeter for monitoring the current density, the light emission time and the current density flowing) A light-emitting device with low luminance deterioration can be obtained by manufacturing a light-emitting device having a memory circuit capable of storing the above and a program for driving a light-emitting element according to Equation (2).
なお、発光素子によって決まるパラメータk’およびβは、あらかじめ発光素子を初期輝度L0で定電流駆動(すなわち初期設定の電流密度J0(=一定)で駆動)し、その結果得られる輝度劣化曲線(時間−輝度曲線)を式(6)でフィッティングすることにより求めることができる(フィッティングから求まるのはkとβであるが、k’はk=k’・J0の定義から求めることができる)。 Note that the parameters k ′ and β determined by the light-emitting elements are the luminance degradation curves obtained as a result of driving the light-emitting elements at a constant current L 0 in advance with an initial luminance L 0 (that is, driving with an initial current density J 0 (= constant)). (Time-luminance curve) can be obtained by fitting with equation (6) (k and β are obtained from the fitting, but k ′ can be obtained from the definition of k = k ′ · J 0. ).
したがって、
実用に供したい輝度を決定し、
その輝度を得るのに必要な電流密度を測定し、
その電流密度で定電流駆動することにより輝度劣化曲線を測定し、
その輝度劣化曲線からパラメータk’およびβを求め、
求めたパラメータk’およびβを式(1)に代入し、
パラメータk’およびβを代入した式(1)に従って電流密度Jが増えるようプログラムし、
そのプログラムに従って発光素子を駆動する
ことにより、輝度劣化の小さい発光素子、およびその発光素子を用いた発光装置が得られる。
Therefore,
Decide the brightness you want to put to practical use,
Measure the current density needed to get that brightness,
Measure the luminance degradation curve by driving at constant current at that current density,
Parameters k ′ and β are obtained from the luminance degradation curve,
Substituting the obtained parameters k ′ and β into equation (1),
Program the current density J to increase according to equation (1) with the parameters k ′ and β substituted,
By driving the light emitting element in accordance with the program, a light emitting element with small luminance deterioration and a light emitting device using the light emitting element can be obtained.
ただし、パラメータk’およびβは加速試験から求めてもよい。すなわち、パラメータk’およびβの輝度に対する加速係数が求まっていれば、実用に供したい輝度が1000cd/m2であっても、実際には初期輝度5000cd/m2で定電流駆動してパラメータk’およびβを求め、それを初期輝度1000cd/m2で定電流駆動した時のパラメータk’およびβに換算してもよい。 However, the parameters k ′ and β may be obtained from an acceleration test. That is, if been obtained acceleration coefficient for the luminance parameter k 'and beta, the luminance to be used in practice is a 1000 cd / m 2, actually by constant current driving at an initial luminance 5000 cd / m 2 parameter k 'And β may be obtained and converted into parameters k' and β when driven at a constant current with an initial luminance of 1000 cd / m 2 .
このように、本実施形態2では、輝度劣化のほとんどない、理論上は一定輝度の発光素子が得られるという利点がある。 As described above, the second embodiment has an advantage that a light emitting element having a constant luminance with little deterioration in luminance can be obtained in theory.
[実施形態3]
本実施形態3では、実施形態2で述べた式(2)の積分項を近似し、より簡略な理論式を提供する。
[Embodiment 3]
In the third embodiment, the integral term of the equation (2) described in the second embodiment is approximated to provide a simpler theoretical formula.
発光素子に流れる単位面積あたりの総電荷量Qは、先にも述べた通り式(13)の積分で表される。このQの値を正確に求めるためには、常にある時間における電流密度をモニターし、図1(a)のように積分する必要があり、煩雑となる。そこで本発明者は、以下に述べる近似を適用することを考案した。 The total charge amount Q per unit area flowing in the light emitting element is represented by the integral of the equation (13) as described above. In order to accurately obtain the value of Q, it is necessary to always monitor the current density at a certain time and integrate it as shown in FIG. Therefore, the present inventor has devised applying the approximation described below.
本発明においては、発光素子の輝度劣化を小さくするために、電流量を徐々に増加させていくことが主眼である。したがって、発光素子に流れる電流密度は、時間に対して基本的に単調増加の関数となる。図1(b)は時間−電流密度曲線であるが、図1(b)中の実線は、このことを模式的に表したものである。 In the present invention, the main purpose is to gradually increase the amount of current in order to reduce the luminance degradation of the light emitting element. Therefore, the current density flowing through the light emitting element is basically a function of monotonically increasing with respect to time. FIG. 1 (b) is a time-current density curve, and the solid line in FIG. 1 (b) schematically represents this.
ここで、この単調増加の関数を直線で近似すると、図1(b)中の破線のようになる。この破線を電流密度の経時変化と見なす(直線で電流密度の経時変化を近似する)と、単位面積あたりの総電荷量Qは下記式(16)のように表すことができる。 Here, when this monotonically increasing function is approximated by a straight line, it becomes as shown by a broken line in FIG. When this broken line is regarded as a change in current density with time (a straight line approximates a change in current density with time), the total charge amount Q per unit area can be expressed by the following equation (16).
Q = (J0+J)・t/2 ・・・(16) Q = (J 0 + J) · t / 2 (16)
式(16)を式(12)に代入することにより、下記式(17)が得られる。 By substituting equation (16) into equation (12), the following equation (17) is obtained.
η = L0/J0・exp[−{(J0+J)・k’・t/2}β] ・・・(17) η = L 0 / J 0 · exp [− {(J 0 + J) · k ′ · t / 2} β ] (17)
この式(17)は、電流量を単調増加させる駆動を行った場合、電流効率が経時的にどの程度低下するかを近似的に表せる式である。この式(17)を、一般的な電流効率を表す式である式(7)に代入すると、下記式(18)が得られる。 This equation (17) is an equation that can approximately represent how much the current efficiency decreases with time when driving is performed to monotonously increase the amount of current. Substituting this equation (17) into equation (7), which is an equation representing general current efficiency, yields the following equation (18).
L = L0/J0・exp[−{(J0+J)・k’・t/2}β]・J ・・・(18)
L = L 0 / J 0 · exp [- {(
ここで、式(18)において、輝度Lを初期輝度L0のまま保つ(すなわち、輝度の経時劣化がない)と仮定する。その場合、L=L0を式(18)に代入し、変形することで下記式(19)が得られる。 Here, in Equation (18), it is assumed that the luminance L is maintained as the initial luminance L 0 (that is, there is no deterioration with time of luminance). In that case, the following formula (19) is obtained by substituting L = L 0 into formula (18) and transforming it.
J = J0・exp[{(J0+J)・k’・t/2}β] ・・・(19) J = J 0 · exp [{(J 0 + J) · k ′ · t / 2} β ] (19)
そして式(19)は、下記式(20)のように変形することができる。 The equation (19) can be transformed as the following equation (20).
J/J0 = exp[{(J/J0+1)・J0・k’・t/2}β] ・・・(20) J / J 0 = exp [{(J / J 0 +1) · J 0 · k ′ · t / 2} β ] (20)
ここで、実施形態2で述べた定義からJ0・k’=kである。また、J/J0は、初期設定の電流密度に対して実際に流れている電流密度の割合のことであるから、いわば電流密度の増加率を表す。この電流密度の増加率J/J0をγで表すと、下記式(3)が得られる。 Here, J 0 · k ′ = k from the definition described in the second embodiment. J / J 0 is the ratio of the current density actually flowing to the initially set current density, so it represents the rate of increase of the current density. When the current density increase rate J / J 0 is represented by γ, the following formula (3) is obtained.
γ = exp[{(γ+1)・k・t/2}β] ・・・(3)
(tは発光時間、kおよびβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、前記発光素子における初期設定の電流密度をJ0、前記発光素子に流れる電流密度をJとすると、γ=J/J0である。)
γ = exp [{(γ + 1) · k · t / 2} β ] (3)
(T represents the light emission time, k and β represent positive parameters determined by the characteristics of the light emitting element. Also, assuming that the initial current density in the light emitting element is J 0 and the current density flowing in the light emitting element is J. , is γ = J / J 0.)
式(3)は、電流密度の増加率γが発光時間に対してどのように変化すれば、近似的に輝度Lを初期輝度L0に保てるかを近似的に表す式である。したがって、式(3)に従って発光素子の電流量を経時的に増加させていくことにより、輝度劣化の極めて小さい発光素子が得られる。また、発光素子と、前記発光素子に流れる電流の電流密度の増加率γを式(3)に従って経時的に増加させる手段(具体的には、発光時間を記憶できるメモリ回路と、式(3)に従って発光素子を駆動するプログラムである)と、を有する発光装置を作製することにより、輝度劣化の小さい発光装置が得られる。 Expression (3) is an expression that approximately represents how the luminance L can be maintained at the initial luminance L 0 approximately when the current density increase rate γ changes with respect to the light emission time. Therefore, by increasing the current amount of the light emitting element over time according to the formula (3), a light emitting element with extremely small luminance deterioration can be obtained. Further, a light emitting element, a means for increasing the current density increase rate γ of the current flowing through the light emitting element over time according to the equation (3) (specifically, a memory circuit capable of storing the light emission time, and the equation (3) Thus, a light-emitting device with small luminance deterioration can be obtained.
なお、発光素子によって決まるパラメータkおよびβは、あらかじめ発光素子を初期輝度L0で定電流駆動(すなわち初期設定の電流密度J0(=一定)で駆動)し、その結果得られる輝度劣化曲線(時間−輝度曲線)を式(6)でフィッティングすることにより求めることができる。 Note that the parameters k and β determined by the light emitting elements are the luminance degradation curves (results obtained by driving the light emitting elements at a constant current L 0 in advance at a constant current L 0 (that is, driving at an initial current density J 0 (= constant)). (Time-luminance curve) can be obtained by fitting with equation (6).
したがって、
実用に供したい輝度を決定し、
その輝度を得るのに必要な電流密度を測定し、
その電流密度で定電流駆動することにより輝度劣化曲線を測定し、
その輝度劣化曲線からパラメータkおよびβを求め、
求めたパラメータkおよびβを式(3)に代入し、
パラメータkおよびβを代入した式(3)に従って電流密度Jが増えるようプログラムし、
そのプログラムに従って発光素子を駆動する
ことにより、輝度劣化の小さい発光素子、およびその発光素子を用いた発光装置が得られる。
Therefore,
Decide the brightness you want to put to practical use,
Measure the current density needed to get that brightness,
Measure the luminance degradation curve by driving at constant current at that current density,
Parameters k and β are obtained from the luminance degradation curve,
Substituting the obtained parameters k and β into equation (3),
Program the current density J to increase according to equation (3) with the parameters k and β substituted,
By driving the light emitting element in accordance with the program, a light emitting element with small luminance deterioration and a light emitting device using the light emitting element can be obtained.
ただし、パラメータkおよびβは加速試験から求めてもよい。すなわち、パラメータkおよびβの輝度に対する加速係数が求まっていれば、実用に供したい輝度が1000cd/m2であっても、実際には初期輝度5000cd/m2で定電流駆動してパラメータkおよびβを求め、それを初期輝度1000cd/m2で定電流駆動した時のパラメータkおよびβに換算してもよい。 However, the parameters k and β may be obtained from an acceleration test. That is, if been obtained acceleration coefficient with respect to the luminance of the parameter k and beta, even 1000 cd / m 2 luminance to be put to practical use, and parameters k actually be driven with a constant current at an initial luminance 5000 cd / m 2 β may be obtained and converted into parameters k and β when driven at a constant current with an initial luminance of 1000 cd / m 2 .
このように、本実施形態3では、流れた総電荷量をモニターすることなく、なおかつ輝度劣化の極めて小さい発光素子が得られるという利点がある。 As described above, the third embodiment has an advantage that a light-emitting element with extremely small luminance deterioration can be obtained without monitoring the total amount of charge that has flowed.
[実施形態4]
本実施形態4では、発光素子の電圧−電流特性に着目し、電圧を制御することによって輝度劣化の小さい発光素子を得る形態を開示する。
[Embodiment 4]
In
電流を流すことによって発光する発光素子の電圧−電流特性は一般に、いわゆるダイオード特性を示す。したがって、順バイアス時の電圧−電流特性は、オームの法則(J∝V)よりも急峻な曲線となる。この時、流れる電流の電流密度をJ、電圧をVとすると、実用的な輝度の領域(具体的には100cd/m2〜10000cd/m2)においては、そのダイオード特性は下記式(21)で近似することができる。 A voltage-current characteristic of a light emitting element that emits light by passing a current generally shows a so-called diode characteristic. Therefore, the voltage-current characteristic at the time of forward bias is a steeper curve than Ohm's law (J∝V). At this time, assuming that the current density of the flowing current is J and the voltage is V, in a practical luminance region (specifically, 100 cd / m 2 to 10000 cd / m 2 ), the diode characteristic is expressed by the following formula (21). Can be approximated by
J = S・Vn ・・・(21)
(S、nはそれぞれ、発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、n>1である。)
J = S · V n (21)
(S and n represent positive parameters determined by the characteristics of the light emitting element, respectively, and n> 1.)
発光素子に電流を流し続ける(すなわち発光させ続ける)と、そのダイオード特性は、図2(a)に示すように経時的に電流が流れにくくなる。実線が駆動前、破線が駆動後のダイオード特性である。この時、上述した式(21)において、Sは単位面積あたりの総電荷量に依存して低下するパラメータであり、nは電流を流す、流さないに関わらず、保存時間のみで低下するパラメータであることを本発明者は見出した。すなわち、Sやnが低下することにより、図2(a)に示したような変化が発生するのである。 If a current continues to flow through the light emitting element (that is, continues to emit light), the diode characteristic becomes difficult to flow with time as shown in FIG. The solid line shows the diode characteristics before driving, and the broken line shows the diode characteristics after driving. In this case, in the above-described equation (21), S is a parameter that decreases depending on the total amount of charge per unit area, and n is a parameter that decreases only in storage time regardless of whether or not current is supplied. The inventor found that there is. That is, as S and n decrease, the change shown in FIG. 2A occurs.
なお、式(21)の両対数をとると、下記式(22)が得られる。したがって、式(22)において、y切片(logS)は流れた単位面積あたりの総電荷量に依存して低下し、傾き(n)は保存時間に依存して低下することになる。言い換えれば、ダイオード特性の閾値は総電荷量に依存して高電圧側にシフトする性質があり、傾きは保存時間に依存して寝てくる性質がある。 When the logarithm of the formula (21) is taken, the following formula (22) is obtained. Therefore, in the equation (22), the y-intercept (logS) decreases depending on the total charge amount per unit area that has flowed, and the slope (n) decreases depending on the storage time. In other words, the threshold value of the diode characteristic has a property of shifting to the high voltage side depending on the total charge amount, and the slope has a property of falling asleep depending on the storage time.
logJ = n・logV+logS ・・・(22) logJ = n · logV + logS (22)
ここで、Sは流れた単位面積あたりの総電荷量に依存して低下するパラメータであり、nは保存時間のみで低下するパラメータであるから、それぞれ単位面積あたりの総電荷量Q、保存時間t’の関数で表すことができる。すなわち、下記式(23)が得られる。 Here, S is a parameter that decreases depending on the total charge amount per unit area that has flowed, and n is a parameter that decreases only in storage time, so that the total charge amount Q per unit area, storage time t, respectively. It can be expressed by the function of '. That is, the following formula (23) is obtained.
J = g(Q)・Vf(t') ・・・(23)
(f(t’)およびg(Q)はいずれも、単調減少の関数である)
J = g (Q) · V f (t ′) (23)
(F (t ′) and g (Q) are both monotonically decreasing functions)
ここで、式(23)において、g(Q)は単位面積あたりの総電荷量Qに依存して変化するわけであるから、例えば、デューティー比が100の発光素子とデューティー比がn(0<n<100)の発光素子とでは、当然g(Q)の変化の仕方が異なってくる。 Here, in the equation (23), g (Q) changes depending on the total charge amount Q per unit area. Therefore, for example, a light-emitting element with a duty ratio of 100 and a duty ratio of n (0 < Naturally, the method of changing g (Q) is different from that of the light emitting element of n <100.
この現象を模式的に表したのが図2(b)である。Aが駆動前のダイオード特性、Bがデューティー比100である時間駆動した時のダイオード特性、Cがデューティー比nで同じ時間駆動した時のダイオード特性である。概念的には、図2(b)に示した通り、単位面積あたりの総電荷量が少ないCの方が電流は流れやすくなるわけだが、これは式(23)におけるg(Q)の差に起因する。すなわち、Bにおいては下記式(24)が成り立ち、Cにおいては下記式(25)が成り立つ。J100はデューティー比100の素子に流れる電流の電流密度、Jnはデューティー比nの素子に流れる電流の電流密度である。また、Q100はデューティー比100の素子に流れた単位面積あたりの総電荷量であり、Qnはデューティー比nの素子に流れた単位面積あたりの総電荷量である。 This phenomenon is schematically shown in FIG. 2 (b). A is a diode characteristic before driving, B is a diode characteristic when driving for a time with a duty ratio of 100, and C is a diode characteristic when driving with a duty ratio n for the same time. Conceptually, as shown in FIG. 2 (b), current flows more easily when C has a smaller total charge amount per unit area. This is due to the difference in g (Q) in equation (23). to cause. That is, in B, the following equation (24) is established, and in C, the following equation (25) is established. J 100 is a current density of a current flowing through an element having a duty ratio of 100, and J n is a current density of a current flowing through an element having a duty ratio of n. Further, Q 100 is the total charge amount per unit area that has flowed through the element with a duty ratio of 100, and Q n is the total charge amount per unit area that has flowed through the element with the duty ratio n.
J100 = g(Q100)・Vf(t') ・・・(24)
Jn = g(Qn)・Vf(t') ・・・(25)
J 100 = g (Q 100 ) · V f (t ′) (24)
J n = g (Q n ) · V f (t ′) (25)
ここで、デューティー比100の発光素子を定電流駆動するならば、Jは一定の電流密度J0となる。したがって式(24)は、式(26)のようになる。 Here, if a light emitting element with a duty ratio of 100 is driven with a constant current, J becomes a constant current density J 0 . Therefore, Expression (24) becomes Expression (26).
J0 = g(Q100)・Vf(t') ・・・(26) J 0 = g (Q 100 ) · V f (t ′) (26)
f(t’)、g(Q100)共に単調減少の関数であるから、式(26)における電圧Vは、図2(b)中に示したように初期の電圧V0からVt(V0<Vt)へシフトしていく。 Since both f (t ′) and g (Q 100 ) are functions of monotonic decrease, the voltage V in the equation (26) is changed from the initial voltage V 0 to V t (V as shown in FIG. 2B). 0 <shifts to V t).
ここで、デューティー比100の素子にかかる電圧Vtを、バッファーアンプ等を介してデューティー比nの素子に印加する場合、式(25)と式(26)の電圧Vは共通のものとなる。したがって式(25)および式(26)から、下記式(27)が得られる。 Here, the voltage V t according to the element of the duty ratio of 100, when applied through a buffer amplifier or the like to the element of the duty ratio n, the voltage V of the formula (25) and equation (26) becomes common. Therefore, the following equation (27) is obtained from the equations (25) and (26).
Jn = {g(Qn)/g(Q100)}・J0 ・・・(27) J n = {g (Q n ) / g (Q 100 )} · J 0 (27)
式(27)において、g(Q)は単調減少の関数であり、かつ、Q100>Qnであるから、常にg(Qn)>g(Q100)が成り立つ。また、駆動時間が長くなるにつれて、g(Qn)とg(Q100)の差は次第に大きくなっていく。したがって、式(27)から、Jnは駆動時間が長くなるにつれて、徐々に増加する。 In equation (27), g (Q) is a monotonically decreasing function and Q 100 > Q n , so that g (Q n )> g (Q 100 ) always holds. Further, as the driving time becomes longer, the difference between g (Q n ) and g (Q 100 ) gradually increases. Therefore, from equation (27), J n gradually increases as the drive time increases.
図2(b)中に、Jnが増加する様子を模式的に示した。また、曲線BとCは駆動する時間が長くなれば長くなるほど離れていくため、Jnも徐々に増加していく。 FIG. 2B schematically shows how J n increases. Further, since the curves B and C are separated as the driving time becomes longer, J n gradually increases.
この増加率は、デューティー比n、すなわちQnを制御することで制御できるため、電流量を徐々に増やして輝度劣化を小さくするという本発明の主旨を達成することができる。したがって、デューティー比100で定電流駆動している時に発光素子に加わる電圧を表す下記式(4)(上述の式(26)を変形して得られる)を、0<n<100なるデューティー比nで駆動している発光素子に印加することにより、電流量を徐々に増やし、輝度劣化を小さくすることができる。 Since this increase rate can be controlled by controlling the duty ratio n, that is, Q n , it is possible to achieve the gist of the present invention of gradually increasing the amount of current to reduce luminance deterioration. Therefore, the following formula (4) (obtained by modifying the above formula (26)) representing the voltage applied to the light emitting element when driving at a constant current with a duty ratio of 100 is obtained as a duty ratio n where 0 <n <100. By applying the voltage to the light emitting element driven at, the amount of current can be gradually increased and luminance degradation can be reduced.
V = {J0/g(Q100)}1/f(t') ・・・(4)
(J0は前記発光素子における初期設定の電流密度を表す。また、f(t’)は保存時間t’を変数とする単調減少の関数である。また、g(Q)は前記発光素子に流れる単位面積あたりの総電荷量Qを変数とする単調減少の関数である。また、Q100は、デューティー比100、電流密度J0で前記発光素子を定電流駆動した場合に流れる単位面積あたりの総電荷量であり、前記発光素子の駆動時間をt’’とすると、Q100=J0・t’’で表される。)
V = {J 0 / g (Q 100 )} 1 / f (t ′) (4)
(J 0 represents the initial current density in the light emitting element. F (t ′) is a monotonically decreasing function with the storage time t ′ as a variable. Also, g (Q) represents the light emitting element. A monotonically decreasing function with the total charge amount Q per unit area flowing as a variable, and Q 100 per unit area flowing when the light emitting element is driven at a constant current with a duty ratio of 100 and a current density J 0 . (It is a total charge amount, and when the driving time of the light emitting element is t ″, it is expressed by Q 100 = J 0 · t ″.)
なお、保存時間(経過時間ともいう。)t’とは、ある任意の点からの経過時間のことであり、例えば発光素子を駆動させてから、経過した時間のことをさす。また、駆動時間t’’とは、デューティー比100の発光素子の発光時間をtとした時、t’’=t・n/100で表される時間のことである。 Note that the storage time (also referred to as elapsed time) t ′ is the elapsed time from an arbitrary point, for example, the time that has elapsed since the light emitting element was driven. The drive time t ″ is a time represented by t ″ = t · n / 100, where t is the light emission time of a light emitting element having a duty ratio of 100.
この時、前記発光素子に対して、式(4)で表される電圧を印加する手法としては、例えば、前記発光素子と同一構造であるモニター素子をデューティー比=100、電流密度=J0で定電流駆動し、そのモニター素子の電圧をオペアンプにより前記発光素子に印加する手法がある。ただし、本発明はこの手法に限定されることはない。 At this time, as a method of applying the voltage represented by the formula (4) to the light emitting element, for example, a monitor element having the same structure as that of the light emitting element has a duty ratio of 100 and a current density of J 0 . There is a method of driving at a constant current and applying the voltage of the monitor element to the light emitting element by an operational amplifier. However, the present invention is not limited to this method.
[実施形態5]
本実施形態5では、発光素子の一態様について説明する。本発明は、電流を流すことにより発光する発光素子であればいかなるものにも適用することができるが、本実施形態5では、発光性の有機化合物を用いた発光素子について説明する。
[Embodiment 5]
In
なお、発光素子は、発光を取り出すために少なくともどちらか一方の電極が透明であれば良い。従って、基板上に透明な電極を形成し、基板側から光を取り出す従来の素子構造だけではなく、実際は、基板とは逆側から光を取りだす構造や、電極の両側から光を取り出す構造も適用可能である。 Note that in the light emitting element, at least one of the electrodes may be transparent in order to extract emitted light. Therefore, not only the conventional device structure in which a transparent electrode is formed on the substrate and the light is extracted from the substrate side, but also the structure in which the light is extracted from the opposite side of the substrate and the structure in which the light is extracted from both sides of the electrode are applied. Is possible.
以下では、本発明の発光素子の構成に関し、用いることのできる材料や素子構造を説明する。図3は代表的な発光素子の構造であり、基板300の上に陽極301、発光層302、陰極303が積層されている。発光層302は、少なくとも発光性の有機化合物を含んでいればよく、低分子化合物、高分子化合物(ポリマー)の他、それらに類さないオリゴマーやデンドリマー等の中分子化合物、あるいは無機化合物を用いて形成することができる。発光性の有機化合物に関しても、低分子化合物、高分子化合物(ポリマー)の他、それらに類さないオリゴマーやデンドリマー等の中分子化合物を用いることができる。
Hereinafter, materials and element structures that can be used will be described with respect to the structure of the light-emitting element of the present invention. FIG. 3 shows a structure of a typical light emitting element, in which an
本実施形態5の図3においては、発光層302はホール注入層311、ホール輸送層312、発光性の有機化合物を含む層313、電子輸送層314、電子注入層315から構成されているが、必ずしもこの構成に限定されることはない。なお、ホール注入層は陽極からホールを受け取る機能を示す層であり、ホール輸送層は発光性の有機化合物を含む層にホールを受け渡す機能を示す層である。また、電子注入層は陰極から電子を受け取る機能を示す層であり、電子輸送層は発光性の有機化合物を含む層に電子を受け渡す機能を示す層である。
In FIG. 3 of the fifth embodiment, the
まず、それら各層に用いることのできる材料を具体的に例示する。ただし、本発明に適用できる材料は、これらに限定されるものではない。 First, materials that can be used for each of these layers are specifically exemplified. However, materials applicable to the present invention are not limited to these.
ホール注入層に用いることができるホール注入材料としては、フタロシアニン系の化合物が有効であり、フタロシアニン(略称:H2−Pc)、銅フタロシアニン(略称:Cu−Pc)、バナジルフタロシアニン(略称:VOPc)等を用いることができる。また、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸(略称:PSS)をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン(略称:PEDOT)やポリアニリン(略称:PAni)などを用いることもできる。また、酸化モリブデン(MoOx)、酸化バナジウム(VOx)、酸化ニッケル(NiOx)などの無機半導体の薄膜や、酸化アルミニウム(Al2O3)などの無機絶縁体の超薄膜も有効である。また、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニル−アミノ)−トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニル−アミノ]−トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニル−アミノ]−ビフェニル(略称:α−NPD)、4,4’−ビス[N−(4−(N,N−ジ−m−トリル)アミノ)フェニル−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DNTPD)などの芳香族アミン系化合物も用いることができる。さらに、それら芳香族アミン系化合物に対してアクセプタ性を示す物質を添加してもよく、具体的にはVOPcにアクセプタである2,3,5,6−テトラフルオロ−7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(略称:F4−TCNQ)を添加したものや、α−NPDにアクセプタであるMoOxを添加したものを用いてもよい。 The hole injection material can be used for the hole injection layer, it is effective to a phthalocyanine-based compound, phthalocyanine (abbreviation: H 2 -Pc), copper phthalocyanine (abbreviation: Cu-Pc), vanadyl phthalocyanine (abbreviation: VOPc) Etc. can be used. In addition, there is a material obtained by chemically doping a conductive polymer compound, and polyethylenedioxythiophene (abbreviation: PEDOT) or polyaniline (abbreviation: PAni) doped with polystyrene sulfonic acid (abbreviation: PSS) can also be used. . Also effective are thin films of inorganic semiconductors such as molybdenum oxide (MoO x ), vanadium oxide (VO x ), nickel oxide (NiO x ), and ultra-thin films of inorganic insulators such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ). . In addition, 4,4 ′, 4 ″ -tris (N, N-diphenyl-amino) -triphenylamine (abbreviation: TDATA), 4,4 ′, 4 ″ -tris [N- (3-methylphenyl) -N-phenyl-amino] -triphenylamine (abbreviation: MTDATA), N, N'-bis (3-methylphenyl) -N, N'-diphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine (Abbreviation: TPD), 4,4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenyl-amino] -biphenyl (abbreviation: α-NPD), 4,4′-bis [N- (4- ( Aromatic amine compounds such as N, N-di-m-tolyl) amino) phenyl-N-phenylamino] biphenyl (abbreviation: DNTPD) can also be used. Furthermore, a substance showing acceptability to these aromatic amine compounds may be added. Specifically, 2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8 which is an acceptor for VOPc. - tetracyanoquinodimethane (abbreviation: F 4 -TCNQ) obtained by adding or may be used after addition of MoO x is an acceptor in alpha-NPD.
ホール輸送層に用いることができるホール輸送材料としては、芳香族アミン系化合物が好適であり、上述したTDATA、MTDATA、TPD、α−NPD、DNTPDなどを用いることができる。 As the hole transport material that can be used for the hole transport layer, an aromatic amine compound is suitable, and the above-described TDATA, MTDATA, TPD, α-NPD, DNTPD, and the like can be used.
電子輸送層に用いることができる電子輸送材料としては、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq3)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq3)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]−キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq2)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(4−フェニルフェノラト)アルミニウム(略称:BAlq)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX)2)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ)2)などの金属錯体が挙げられる。さらに、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)などのオキサジアゾール誘導体、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTAZ)などのトリアゾール誘導体、2,2’,2”−(1,3,5−ベンゼントリイル)トリス[1−フェニル−1H−ベンズイミダゾール](略称:TPBI)のようなイミダゾール誘導体、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)などのフェナントロリン誘導体を用いることができる。 As an electron-transport material that can be used for the electron-transport layer, tris (8-quinolinolato) aluminum (abbreviation: Alq 3 ), tris (4-methyl-8-quinolinolato) aluminum (abbreviation: Almq 3 ), bis (10- Hydroxybenzo [h] -quinolinato) beryllium (abbreviation: BeBq 2 ), bis (2-methyl-8-quinolinolato) (4-phenylphenolato) aluminum (abbreviation: BAlq), bis [2- (2-hydroxyphenyl) And metal complexes such as benzoxazolate] zinc (abbreviation: Zn (BOX) 2 ) and bis [2- (2-hydroxyphenyl) benzothiazolate] zinc (abbreviation: Zn (BTZ) 2 ). In addition to metal complexes, 2- (4-biphenylyl) -5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole (abbreviation: PBD), 1,3-bis [5- Oxadiazole derivatives such as (p-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazol-2-yl] benzene (abbreviation: OXD-7), 3- (4-tert-butylphenyl) -4 -Phenyl-5- (4-biphenylyl) -1,2,4-triazole (abbreviation: TAZ), 3- (4-tert-butylphenyl) -4- (4-ethylphenyl) -5- (4-biphenylyl) ) -1,2,4-triazole (abbreviation: p-EtTAZ) derivative, 2,2 ′, 2 ″-(1,3,5-benzenetriyl) tris [1-phenyl-1H-benzimidazole ] An imidazole derivative such as (abbreviation: TPBI), a phenanthroline derivative such as bathophenanthroline (abbreviation: BPhen), and bathocuproin (abbreviation: BCP) can be used.
電子注入層に用いることができる電子注入材料としては、上述したAlq3、Almq3、BeBq2、BAlq、Zn(BOX)2、Zn(BTZ)2、PBD、OXD−7、TAZ、p−EtTAZ、TPBI、BPhen、BCPなどの電子輸送材料を用いることができる。その他に、LiF、CsFなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、CaF2のようなアルカリ土類ハロゲン化物、Li2Oなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート(略称:Li(acac))や8−キノリノラト−リチウム(略称:Liq)などのアルカリ金属錯体も有効である。また、これら電子注入材料に対してドナー性を示す物質を添加してもよく、ドナーとしてはアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属などを用いることができる。具体的にはBCPにドナーであるリチウムを添加したものや、Alq3にドナーであるリチウムを添加したものを用いることができる。 Examples of the electron injection material that can be used for the electron injection layer include Alq 3 , Almq 3 , BeBq 2 , BAlq, Zn (BOX) 2 , Zn (BTZ) 2 , PBD, OXD-7, TAZ, and p-EtTAZ. , TPBI, BPhen, BCP, and other electron transport materials can be used. In addition, an ultra-thin film of an insulator such as an alkali metal halide such as LiF or CsF, an alkaline earth halide such as CaF 2 , or an alkali metal oxide such as Li 2 O is often used. Alkali metal complexes such as lithium acetylacetonate (abbreviation: Li (acac)) and 8-quinolinolato-lithium (abbreviation: Liq) are also effective. In addition, a substance exhibiting a donor property may be added to these electron injection materials, and as the donor, an alkali metal, an alkaline earth metal, a rare earth metal, or the like can be used. Specifically, a material obtained by adding lithium as a donor to BCP or a material obtained by adding lithium as a donor to Alq 3 can be used.
次に、発光性の有機化合物として用いることのできる材料を列挙するが、本発明においてはこれらに限定されず、いかなる発光性の有機化合物を用いても良い。 Next, materials that can be used as the light-emitting organic compound are listed, but the present invention is not limited to these, and any light-emitting organic compound may be used.
例えば青色〜青緑色の発光は、ペリレン、2,5,8,11−テトラ−t−ブチルペリレン(略称:TBP)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPA)などをゲスト材料として用い、適当なホスト材料に分散させることによって得られる。また、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(略称:DPVBi)などのスチリルアリーレン誘導体や、9,10−ジ−2−ナフチルアントラセン(略称:DNA)、9,10−ビス(2−ナフチル)−2−t−ブチルアントラセン(略称:t−BuDNA)などのアントラセン誘導体から得ることができる。また、ポリ(9,9−ジオクチルフルオレン)等のポリマーを用いても良い。 For example, blue to blue-green light emission is appropriately obtained by using perylene, 2,5,8,11-tetra-t-butylperylene (abbreviation: TBP), 9,10-diphenylanthracene (abbreviation: DPA) as a guest material. It is obtained by dispersing in a suitable host material. In addition, styrylarylene derivatives such as 4,4′-bis (2,2-diphenylvinyl) biphenyl (abbreviation: DPVBi), 9,10-di-2-naphthylanthracene (abbreviation: DNA), 9,10-bis It can be obtained from an anthracene derivative such as (2-naphthyl) -2-t-butylanthracene (abbreviation: t-BuDNA). A polymer such as poly (9,9-dioctylfluorene) may also be used.
例えば青緑色〜緑色の発光は、クマリン30、クマリン6などのクマリン系色素や、ビス[2−(4,6−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N、C2'](ピコリナト)イリジウム(略称:FIrpic)、ビス(2−フェニルピリジナト−N,C2')(アセチルアセトナト)イリジウム(Ir(ppy)2(acac))などをゲスト材料として用い、適当なホスト材料に分散させることによって得られる。また、上述のペリレンやTBPを5wt%以上の高濃度で適当なホスト材料に分散させることによっても得られる。また、BAlq、Zn(BTZ)2、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)クロロガリウム(Ga(mq)2Cl)などの金属錯体からも得ることができる。また、ポリ(p−フェニレンビニレン)等のポリマーを用いても良い。
For example, blue-green to green light can be emitted by coumarin dyes such as
例えば黄色〜橙色の発光は、ルブレン、4−(ジシアノメチレン)−2−[p−(ジメチルアミノ)スチリル]−6−メチル−4H−ピラン(略称:DCM1)、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(9−ジュロリジル)エチニル−4H−ピラン(略称:DCM2)、ビス[2−(2−チエニル)ピリジナト]アセチルアセトナトイリジウム(Ir(thp)2(acac))、ビス(2−フェニルキノリナト)アセチルアセトナトイリジウム(Ir(pq)2(acac))などをゲスト材料として用い、適当なホスト材料に分散させることによって得られる。ビス(8−キノキリノラト)亜鉛(略称:Znq2)やビス[2−シンナモイル−8−キノリノラト]亜鉛(略称:Znsq2)などの金属錯体からも得ることができる。また、ポリ(2,5−ジアルコキシ−1,4−フェニレンビニレン)等のポリマーを用いても良い。 For example, yellow to orange light emission is obtained from rubrene, 4- (dicyanomethylene) -2- [p- (dimethylamino) styryl] -6-methyl-4H-pyran (abbreviation: DCM1), 4- (dicyanomethylene) -2. -Methyl-6- (9-julolidyl) ethynyl-4H-pyran (abbreviation: DCM2), bis [2- (2-thienyl) pyridinato] acetylacetonatoiridium (Ir (thp) 2 (acac)), bis (2 -Phenylquinolinato) acetylacetonatoiridium (Ir (pq) 2 (acac)) or the like is used as a guest material and dispersed in a suitable host material. It can also be obtained from a metal complex such as bis (8-quinolinolato) zinc (abbreviation: Znq 2 ) or bis [2-cinnamoyl-8-quinolinolato] zinc (abbreviation: Znsq 2 ). Further, a polymer such as poly (2,5-dialkoxy-1,4-phenylene vinylene) may be used.
例えば橙色〜赤色の発光は、4−(ジシアノメチレン)−2,6−ビス[p−(ジメチルアミノ)スチリル]−4H−ピラン(略称:BisDCM)、4−(ジシアノメチレン)−2,6−ビス[2−(ジュロリジン−9−イル)エチニル]−4H−ピラン(略称:DCM1)、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(9−ジュロリジル)エチニル−4H−ピラン(略称:DCM2)、ビス[2−(2−チエニル)ピリジナト]アセチルアセトナトイリジウム(Ir(thp)2(acac))、ビス(2−フェニルキノリナト)アセチルアセトナトイリジウム(Ir(pq)2(acac))、ビス[2−(2’−ベンゾチエニル)ピリジナト−N,C3'](アセチルアセトナト)イリジウム(Ir(btp)2(acac))などをゲスト材料として用い、適当なホスト材料に分散させることによって得られる。ビス(8−キノキリノラト)亜鉛(略称:Znq2)やビス[2−シンナモイル−8−キノリノラト]亜鉛(略称:Znsq2)などの金属錯体からも得ることができる。また、ポリ(3−アルキルチオフェン)等のポリマーを用いても良い。 For example, light emission of orange to red is caused by 4- (dicyanomethylene) -2,6-bis [p- (dimethylamino) styryl] -4H-pyran (abbreviation: BisDCM), 4- (dicyanomethylene) -2,6- Bis [2- (julolidin-9-yl) ethynyl] -4H-pyran (abbreviation: DCM1), 4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6- (9-julolidyl) ethynyl-4H-pyran (abbreviation: DCM2) ), Bis [2- (2-thienyl) pyridinato] acetylacetonatoiridium (Ir (thp) 2 (acac)), bis (2-phenylquinolinato) acetylacetonatoiridium (Ir (pq) 2 (acac)) , bis [2- (2'-benzothienyl) pyridinato -N, C 3 '] of (acetylacetonato) iridium (Ir (btp) 2 (acac)) Used as a guest material, obtained by dispersing in a suitable host material. It can also be obtained from a metal complex such as bis (8-quinolinolato) zinc (abbreviation: Znq 2 ) or bis [2-cinnamoyl-8-quinolinolato] zinc (abbreviation: Znsq 2 ). A polymer such as poly (3-alkylthiophene) may also be used.
また、上述した発光性の有機化合物の中でも特に、FIrpic、Ir(ppy)2(acac)、Ir(thp)2(acac)、Ir(pq)2(acac)、Ir(btp)2(acac)などの燐光物質を用いることが好ましい。本発明を適用した発光素子は、経時的に電流量が増えていくため消費電力の上昇が大きいが、これら燐光物質を用いれば、一般に消費電力を小さくできるためである。 In addition, among the above-described light-emitting organic compounds, FIrpic, Ir (ppy) 2 (acac), Ir (thp) 2 (acac), Ir (pq) 2 (acac), Ir (btp) 2 (acac) It is preferable to use a phosphor such as A light-emitting element to which the present invention is applied has a large increase in power consumption because the amount of current increases with time. However, if these phosphors are used, power consumption can generally be reduced.
なお、上記の構成において、適当なホスト材料としては、発光性の有機化合物よりも発光色が短波長のものであるか、またはエネルギーギャップの大きいものであればよい。具体的には、上述した例に代表されるホール輸送材料や電子輸送材料から適宜選択することができる。また、4,4’−ビス(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、4,4’,4’’−トリス(N−カルバゾリル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、1,3,5−トリス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]ベンゼン(略称:TCPB)などを使用しても良い。 Note that in the above structure, a suitable host material may be any material that emits light with a shorter wavelength or has a larger energy gap than the light-emitting organic compound. Specifically, it can be appropriately selected from hole transport materials and electron transport materials represented by the examples described above. In addition, 4,4′-bis (N-carbazolyl) biphenyl (abbreviation: CBP), 4,4 ′, 4 ″ -tris (N-carbazolyl) triphenylamine (abbreviation: TCTA), 1,3,5- Tris [4- (N-carbazolyl) phenyl] benzene (abbreviation: TCPB) or the like may be used.
一方、発光素子における陽極301を構成する材料としては、仕事関数の大きい導電性材料を用いることが好ましい。また、陽極301側から光を取り出す場合は、インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物等の透明導電性材料を用いればよい。また、陽極301を遮光性とするのであれば、陽極301はTiN、ZrN、Ti、W、Ni、Pt、Cr等の単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を用いることができる。あるいは、Ti、Al等の反射性電極の上に上述した透明導電性材料を積層する方法でもよい。
On the other hand, it is preferable to use a conductive material having a high work function as a material constituting the
また、陰極303を構成する材料としては、仕事関数の小さい導電性材料を用いることが好ましく、具体的には、LiやCs等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金(Mg:Ag、Al:Liなど)の他、YbやEr等の希土類金属を用いて形成することもできる。また、これらの導電性材料の上に、他の導電性材料(例えばアルミニウムなど)を積層しても良い。また、LiF、CsF、CaF2、Li2O等の電子注入層を用いる場合は、アルミニウム等の通常の導電性薄膜を用いることができる。また、陰極303側を光の取り出し方向とする場合は、LiやCs等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属を含む超薄膜と、透明導電膜(ITO、IZO、ZnO等)との積層構造を用いればよい。あるいは、上述した電子輸送材料に対してドナー性を示す物質(アルカリ金属またはアルカリ土類金属など)を添加した層と、透明導電膜(ITO、IZO、ZnO等)を積層した構成としてもよい。具体的にはBCPにドナーであるリチウムを添加した層や、Alq3にドナーであるリチウムを添加した層の上に、ITOを積層すればよい。
Moreover, it is preferable to use a conductive material having a low work function as a material constituting the
なお、以上で述べた本発明の発光素子を作製するに当たっては、発光素子中の各層の積層法を限定されるものではない。積層が可能ならば、真空蒸着法やスピンコート法、インクジェット法、ディップコート法など、どの様な手法を選んでも良いものとする。 Note that in manufacturing the light-emitting element of the present invention described above, the stacking method of each layer in the light-emitting element is not limited. As long as lamination is possible, any method such as a vacuum deposition method, a spin coating method, an ink jet method, or a dip coating method may be selected.
[実施形態6] [Embodiment 6]
発光素子とモニター素子を備えた表示装置の一態様を図9を参照して説明する。 One mode of a display device including a light emitting element and a monitor element is described with reference to FIG.
この表示装置は走査線駆動回路108、データ線駆動回路109、画素部111を備えている。画素部111には、スイッチング用トランジスタ106、駆動用トランジスタ104、容量素子107、発光素子105を含む画素110が配列されている。
This display device includes a scanning
データ線駆動回路109はパルス出力回路112、第1ラッチ回路113、第2ラッチ回路114を有する。このデータ線駆動回路109において、第1ラッチ回路113にデータを入力しているとき、第2ラッチ回路114は出力を行うことができる。
The data
画素部111は、走査線駆動回路108につながる走査線G1〜Gnと、データ線駆動回路109につながるデータ線D1〜Dmを含んでいる。走査線駆動回路108から信号が入力される走査線G1は、画素110のスイッチング用トランジスタ106のゲートに信号を送る。走査線G1によって選択されたスイッチング用トランジスタ106はオンとなり、第2ラッチ回路114によりデータ信号線D1に出力されたデータ信号を容量素子107に書き込む動作を行う。この容量素子107に書き込まれたデータ信号によって、駆動用トランジスタ104が動作して、発光素子105の発光状態又は非発光状態を制御する。つまり、電源線V1〜Vmの電位が、オンにある駆動用トランジスタ104を介して発光素子105に与えられると、発光状態にする動作を行う。
The
モニター素子102の数は適宜選択することができる。モニター素子は一つでも構わないし、複数個を配置しても良い。図9で示す表示装置は、n(n>1)個のモニター素子102を備え、それ画素一列分と等しい数で設けられている。モニター素子102をn個配置することで、個々のモニター素子における特性ばらつきを平均化することができる。
The number of
図9において示すn個のモニター素子102は、電流源101と並列に接続されている。発光素子105がデータ信号によって発光又は非発光の状態をとるのに対し、n個のモニター素子102は、定電流駆動され常時点灯している。これらn個のモニター素子102の、電流源101に接続する電極の電位を検出し、電圧発生回路103により電源線V1〜Vmに電位を設定する。電圧発生回路103はボルテージフォロワ回路で構成されている。
The n monitor
この構成によれば、n個のモニター素子102が定電流駆動している状態で表示装置の温度が変化すると、n個のモニター素子102の抵抗値が変化する。その抵抗値が変化により、n個のモニター素子102の両電極間における電位が変化するので、その電位を電圧発生回路103で検出することができる。それにより、表示装置の温度が変化を発光素子105の駆動条件に反映させることができる。また、n個のモニター素子102の発光特性が経時変化により変化する場合にも、n個のモニター素子102の抵抗値が変化するので、同様に発光素子105の駆動条件に反映させることができる。
According to this configuration, when the temperature of the display device changes while the n monitor
画素部111は異なる発光色を呈する発光素子を複数組み合わせて画素部111を構成することができる。例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)若しくはそれに近い発光色を呈する発光素子を組み合わせて画素部を構成しても良い。そのとき、n個のモニター素子102は、赤(R)、緑(G)、青(B)若しくはそれに近い発光色を呈する一種の発光素子で形成すれば良い。モニター素子も同様に、赤(R)、緑(G)、青(B)若しくはそれに近い発光色を呈する各発光素子で構成する。また、白色を発光する発光素子105で構成することができる。そのとき、n個のモニター素子102も同様に白色発光素子で構成する。
The
図10は、図9の表示装置の画素110に適用することのできる他の一例を示している。図10(A)の画素110は、スイッチング用トランジスタ106と駆動用トランジスタ104に、消去用トランジスタ115と消去用のゲート線Ryを設けている。発光素子105の一方は駆動用トランジスタ104と接続し、他方は対向電源116に接続している。消去用トランジスタ115により、強制的に発光素子105に電流が流れない状態を作ることができるため、画素110に対する信号の書き込みを待つことなく、データ信号の書き込み期間の開始と同時又は直後に発光期間を設けることができる。これによりデューティー比を向上させることが出来、発光と非発光の期間を強制的に制御するので、特に動画の表示に適している。
FIG. 10 illustrates another example that can be applied to the
図10(B)は、トランジスタ118とトランジスタ119を直列に接続して駆動用トランジスタとして機能させている。さらにトランジスタ118のゲートに接続する電源線Vax(xは自然数、1≦x≦l)とを設けた画素110の構成を示している。電源線Vaxは電源117に接続する。この画素110は、トランジスタ118のゲートを一定電位の電源線Vaxに接続することにより、トランジスタ118のゲート電位を飽和領域で動作する電位に固定する。トランジスタ119は線形領域で動作させるので、そのゲートには画素110の発光又は非発光の情報を含むビデオ信号を入力する。線形領域で動作するトランジスタ119のソースとドレイン間電圧は小さいため、トランジスタ119のゲート及びソース間電圧の僅かな変動は、発光素子105に流れる電流値に影響を及ぼさない。従って、発光素子105に流れる電流値は、飽和領域で動作するトランジスタ119により決定される。上記構成は、トランジスタ119の特性バラツキに起因した発光素子105の輝度ムラを改善して画質を高めることができる。
In FIG. 10B, a
以上に説明したように、この表示装置は電流源、モニター素子、電圧発生回路によって、温度及び輝度劣化の補償回路を構成している。すなわち、発光素子とそれと同等のモニター素子の両者を、異なる駆動条件で動作させ、表示部に設けた発光素子とモニター素子に流れる総電荷量の比が、輝度の劣化を考慮した一定の関係を満たすように制御することができる。 As described above, this display device constitutes a compensation circuit for temperature and luminance deterioration by the current source, the monitor element, and the voltage generation circuit. That is, both the light emitting element and the monitor element equivalent to the light emitting element are operated under different driving conditions, and the ratio of the total amount of charge flowing through the light emitting element provided in the display unit and the monitor element has a certain relationship in consideration of luminance degradation. Can be controlled to meet.
[実施形態7]
実施形態6で説明した発光素子を用いた表示装置の一構成例について図面を参照して説明する。
[Embodiment 7]
One structural example of a display device using the light-emitting element described in
図11で示す画素110は、二つのトランジスタを備えた構成を例示している。この画素110はデータ線Dx(xは自然数、1≦x≦m)と、走査線Gy(yは自然数、1≦y≦n)が絶縁層を介して交差して設けられている。画素110は、発光素子105、容量素子107、スイッチング用トランジスタ106及び駆動用トランジスタ104を有している。スイッチング用トランジスタ106は、ビデオ信号の入力を制御し、駆動用トランジスタ104は発光素子105の発光と非発光を制御する。これらのトランジスタは電界効果トランジスタであり、例えば、薄膜トランジスタを利用することができる。
A
スイッチング用トランジスタ106のゲートは走査線Gyに接続し、ソース及びドレインの一方はデータ線Dxに接続し、さらに駆動用トランジスタ104のゲートに接続する。駆動用トランジスタ104のソース及びドレインの一方は電源線Vx(xは自然数、1≦x≦m)を介して第2電源線121に接続し、他方は発光素子105に接続する。発光素子105において、第1電源線120に接続しない他方の端子は第2電源線121に接続する。
The gate of the switching
容量素子107は駆動用トランジスタ104のゲートとソースの間に設けられる。スイッチング用トランジスタ106と駆動用トランジスタ104は、nチャネル型又はpチャネル型を選択することができる。図11で示す画素110は、スイッチング用トランジスタ106をnチャネル型、駆動用トランジスタ104をpチャネル型とした場合を示している。第1電源線120の電位と第2電源線121の電位も特に制約されない。発光素子105に順方向電圧又は逆方向電圧が印加されるように、互いに異なる電位に設定する。
The
このような画素110の平面図を図12に示す。スイッチング用トランジスタ106、駆動用トランジスタ104及び容量素子107が配置されている。第1電極211は、発光素子105の一方の電極であり、この上に発光層を積層することにより駆動用トランジスタ104に接続する発光素子105を形成する。開口率を大きくするために、容量素子107は電源線Vxと重畳して設けられている。
A plan view of such a
また、図12に示すA−B−Cの切断線に対応する断面構造を図13に示す。ガラスや石英などの絶縁表面を有する基板200上にスイッチング用トランジスタ106、駆動用トランジスタ104、発光素子105、容量素子107が設けられている。スイッチング用トランジスタ106はオフ電流を低減するためにマルチゲートとすることが好ましい。スイッチング用トランジスタ106と駆動用トランジスタ104のチャネル部を形成する半導体は、さまざまなものが適用できる。例えば、シリコンを主成分とする非晶質半導体、セミアモルファス半導体(微結晶半導体ともいう)又は多結晶半導体を用いることができる。その他に、有機半導体を用いることもできる。セミアモルファス半導体は、シランガス(SiH4)とフッ素ガス(F2)を用いて形成するか、シランガスと水素ガスを用いて形成する。また、スパッタリング法などの物理的成膜法又は気相成長法など化学的成膜法で形成した非晶質半導体を、レーザビームなど電磁エネルギーの照射により結晶化させた多結晶半導体を用いることができる。スイッチング用トランジスタ106及び駆動用トランジスタ104のゲートは、基板側から窒化タングステン(WN)、タングステン(W)の順に積層した構造や、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、あるいは、窒化モリブデン(MoN)、モリブデン(Mo)の順に積層した構造を採用するとよい。
FIG. 13 shows a cross-sectional structure corresponding to the cutting line A-B-C shown in FIG. A switching
スイッチング用トランジスタ106と駆動用トランジスタ104のソース又はドレインに接続する配線204、205、206、207は、導電性材料により単層又は積層で形成する。例えば、基板側からチタン(Ti)、アルミニウムシリコン(Al−Si)、チタン(Ti)、又は、Mo、Al−Si、Mo、又は、MoN、Al−Si、MoNの順に積層した構造である。これらの配線204、205、206、207は第1絶縁層203上に形成される。
The
発光素子105は、画素電極に相当する第1電極211、発光層212、対向電極に相当する第2電極213の積層構造を有している。第1電極211の端部は隔壁層210で囲まれている。発光層212と第2電極213は、隔壁層210の開口部で第1電極211と重畳するように積層されている。この重畳する部位が発光素子105となる。第1電極211、第2電極213の両者が透光性を有する場合、発光素子105は、第1電極211に向かう方向と、第2電極213に向かう方向に光を発する。つまり発光素子105は双方向に光を放射する構成となる。また、第1電極211と第2電極213の一方が透光性を有し、他方が遮光性を有する場合、発光素子105は第1電極211に向かう方向か、第2電極213に向かう方向に光を発する。つまり発光素子105は上面出射又は下面出射を行う。
The
図13は、発光素子105が下面出射を行う場合の断面構造を例示している。容量素子107は、駆動用トランジスタ104のゲートとソースの間に配置され、そのゲート及びソース間電圧を保持する。容量素子107は、スイッチング用トランジスタ106と駆動用トランジスタ104を形成する半導体層と同じ層に設けられた半導体層201と、スイッチング用トランジスタ106と駆動用トランジスタ104のゲートと同じ層に設けられた導電層202a、202b(以下総称して導電層202と表記)と、その間の絶縁層により容量を形成する。
FIG. 13 illustrates a cross-sectional structure in the case where the
また、容量素子107は、スイッチング用トランジスタ106と駆動用トランジスタ104のゲートと同じ層に設けられた導電層202と、スイッチング用トランジスタ106と駆動用トランジスタ104のソース及びドレインに接続する配線204、205、206、207と同じ層に設けられた配線208と、その間の絶縁層により容量を形成する。これにより、容量素子107は駆動用トランジスタ104のゲートとソース間電圧を保持するのに十分な容量を得ることができる。また、容量素子107は、電源線を構成する導電層に重畳させて形成することで、容量素子107の配置による開口率の減少を抑えている。
The
スイッチング用トランジスタ106と駆動用トランジスタ104のソース又はドレインに接続する配線204、205、206、207、208の厚さは、500〜2000nm、好ましくは500〜1300nmである。配線204、205、206、207、208は、データ線Dxや電源線Vxを構成しているため、上記特徴のように、配線204、205、206、207、208の膜厚を厚くすることで、電圧降下による影響を抑制することができる。
The thicknesses of the
第1絶縁層203と第2絶縁層209は、酸化珪素や窒化珪素等の無機材料、ポリイミド、アクリル等の有機材料等を用いて形成する。第1絶縁層203と第2絶縁層209を同じ材料で形成してもよいし、互いに異なる材料で形成してもよい。有機材料としては、シロキサン系の材料を用いればよく、例えば、シリコンと酸素との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
The first insulating
[実施の形態8]
実施形態611の表示装置の一形態である、画素部111と、走査線駆動回路108と、データ線駆動回路109とを搭載したパネルについて説明する。基板200上には、発光素子105を含む画素を複数有する画素部111、走査線駆動回路108、データ線駆動回路109及び接続フィルム217が設けられる(図14(A)参照)。接続フィルム217は外部回路と接続する。
[Embodiment 8]
A panel mounted with the
図14(B)はパネルのA−Bにおける断面図を示し、画素部111に設けられた駆動用トランジスタ104と発光素子105と容量素子107と、データ線駆動回路109に設けられたトランジスタを示す。画素部111と走査線駆動回路108、データ線駆動回路109の周囲にはシール材214が設けられ、発光素子105は、シール材214と対向基板216により封止される。この封止処理は、発光素子105を水分から保護するための処理であり、ここではカバー材(ガラス、セラミックス、プラスチック、金属等)により封止する方法を用いるが、熱硬化性樹脂や紫外光硬化性樹脂を用いて封止する方法、金属酸化物や窒化物等のバリア能力が高い薄膜により封止する方法を用いてもよい。基板200上に形成される素子は、非晶質半導体に比べて移動度等の特性が良好な結晶質半導体(ポリシリコン)により形成することが好適であり、そうすると、同一表面上におけるモノリシック化が実現される。上記構成を有するパネルは、接続する外部ICの個数が減少するため、小型、軽量、薄型が実現される。
14B is a cross-sectional view taken along a line AB of the panel, and shows a driving
なお上記の図14(B)に示す構成では、発光素子105の第1電極211は透光性を有し第2電極213は遮光性を有する。従って、発光素子105は基板200側に光を放射する。図15(A)で示すように、上記とは異なる構成として、発光素子105の第1電極211は遮光性を有し第2電極213は透光性を有する構成とすることもできる。この場合、発光素子105は上面出射を行う。また、図15(B)に示すように、上記とは異なる構成として、発光素子105の第1電極211と第2電極213の両者を透光性電極として、両面から光を放射する構成とすることも出来る。これらの態様において、モニター素子は発光素子と同じ構成で設ければ良い。
14B, the
なお、画素部111は絶縁表面上に形成された非晶質半導体(アモルファスシリコン)をチャネル部としたトランジスタにより構成し、走査線駆動回路108及びデータ線駆動回路109はドライバICにより構成してもよい。ドライバICは、COG方式により基板200上に実装する、又は基板200に接続する接続フィルム217に実装してもよい。非晶質半導体は、CVD法を用いることで、大面積の基板に簡単に形成することができ、かつ結晶化の工程が不要であることから、安価なパネルの提供を可能とする。また、この際、インクジェット法に代表される液滴吐出法により導電層を形成すると、より安価なパネルの提供を可能とする。
Note that the
[実施形態9]
本実施形態では、本発明の発光装置を用いて完成させた様々な電気器具について、図16を用いて説明する。
[Embodiment 9]
In this embodiment, various electric appliances completed using the light-emitting device of the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明の発光装置を用いて作製された電気器具として、テレビジョン、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはデジタルビデオディスク(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置)、照明器具などが挙げられる。これらの電気器具の具体例を図16に示す。 As electric appliances manufactured using the light emitting device of the present invention, a television, a video camera, a digital camera, a goggle type display (head mounted display), a navigation system, a sound reproduction device (car audio, audio component, etc.), a personal computer A video game device, a portable information terminal (mobile computer, mobile phone, portable game machine, electronic book, etc.), an image playback device equipped with a recording medium (specifically, a recording medium such as a digital video disc (DVD)) , A device provided with a display device capable of displaying the image), a lighting fixture, and the like. Specific examples of these electric appliances are shown in FIGS.
図16(A)は表示装置であり、筐体9001、支持台9002、表示部9003、スピーカー部9004、ビデオ入力端子9005等を含む。本発明を用いて形成される発光装置をその表示部9003に用いることにより作製される。なお、表示装置は、コンピュータ用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。
FIG. 16A illustrates a display device, which includes a
図16(B)はパーソナルコンピュータであり、本体9101、筐体9102、表示部9103、キーボード9104、外部接続ポート9105、ポインティングマウス9106等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部9103に用いることにより作製される。
FIG. 16B illustrates a personal computer, which includes a
図16(C)はビデオカメラであり、本体9201、表示部9202、筐体9203、外部接続ポート9204、リモコン受信部9205、受像部9206、バッテリー9207、音声入力部9208、操作キー9209、接眼部9210等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部9202に用いることにより作製される。
FIG. 16C illustrates a video camera, which includes a
図16(D)は卓上照明器具であり、照明部9301、傘9302、可変アーム9303、支柱9304、台9305、電源9306を含む。本発明の発光素子を用いて形成される発光装置を照明部9301に用いることにより作製される。なお、照明器具には天井固定型の照明器具または壁掛け型の照明器具なども含まれる。このような照明器具は高輝度が必要とされているため、特に本発明の発光装置の適用例として好ましい形態である。また、照明器具はディスプレイと異なり、少なくとも一つの発光素子で構成することができるため、式(1)〜(3)のような数式のプログラムで発光素子の電流密度を制御することや、式(4)のような数式のプログラムで発光素子の電圧を制御することが、極めて容易に行えるというメリットもある。
FIG. 16D illustrates a table lamp, which includes a lighting portion 9301, an umbrella 9302, a
ここで、図16(E)は携帯電話であり、本体9401、筐体9402、表示部9403、音声入力部9404、音声出力部9405、操作キー9406、外部接続ポート9407、アンテナ9408等を含む。本発明の発光素子を有する発光装置をその表示部9403に用いることにより作製される。
Here, FIG. 16E illustrates a mobile phone, which includes a
以上のようにして、本発明の発光素子を用いた電気器具や照明器具を得ることができる。本発明の発光素子を有する発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電気器具に適用することが可能である。 As described above, an electric appliance or a lighting fixture using the light emitting element of the present invention can be obtained. The applicable range of the light-emitting device having the light-emitting element of the present invention is so wide that the light-emitting device can be applied to electric appliances in various fields.
本実施例では、実施形態1で述べた式(1)を用いることにより、輝度劣化の小さい発光素子を作製する例を具体的に例示する。
In this example, an example in which a light-emitting element with low luminance deterioration is manufactured by using the formula (1) described in
まず、発光性の有機化合物を用いた発光素子を作製した。素子構造は図3の通りであるので、図3の符号を引用して説明する。 First, a light-emitting element using a light-emitting organic compound was manufactured. Since the element structure is as shown in FIG. 3, description will be made with reference to the reference numerals in FIG.
まず、絶縁表面を有する基板300上に、陽極301が形成される。材料として透明導電膜であるITOを用い、スパッタリング法により110nmの膜厚で形成した。陽極301の形状は、2mm×2mmの大きさとした。
First, the
このように陽極301が形成された基板を洗浄、乾燥した後、陽極301上に発光層302を形成する。まず、陽極301が形成された基板を、真空蒸着装置の基板ホルダーに陽極301が形成された面を下方にして固定し、抵抗加熱法を用いた真空蒸着法により、DNTPDを50nmの膜厚で成膜した。これが、ホール注入層311となる。次に、ホール輸送性材料であるα―NPDを同様の方法により、10nmの膜厚で形成し、ホール輸送層312とした。
After the substrate on which the
さらに、Alq3とクマリン6を共蒸着することにより、発光性の有機化合物を含む層313を37.5nmの膜厚で形成した。なお、共蒸着の際には、Alq3とクマリン6の比率が質量比で1:0.005となるように調節した。したがってAlq3がホスト材料、クマリン6が発光性の有機化合物として作用する。
Further, Alq 3 and
次に、電子輸送性材料であるAlq3を真空蒸着法により37.5nm形成し、電子輸送層314とした。さらに、電子注入層315として、CaF2を真空蒸着法により1nm形成した。以上が発光層302となる。
Next, Alq 3 which is an electron transporting material was formed to 37.5 nm by a vacuum vapor deposition method to form an
最後に、陰極303を形成する。本実施例では、アルミニウム(Al)を抵抗加熱による真空蒸着法により150nm形成し、陰極303とした。
Finally, the
本実施例においては、まず、実用に供する輝度を1000cd/m2と設定した。また、本実施例により作製した発光素子に電流を流して発光させたところ、1000cd/m2の輝度で光らせるのに必要な電流密度は、9.25mA/cm2であった。 In this example, first, the luminance for practical use was set to 1000 cd / m 2 . In addition, when current was applied to the light-emitting element manufactured in this example to emit light, the current density required to emit light with a luminance of 1000 cd / m 2 was 9.25 mA / cm 2 .
そこでまず、9.25mA/cm2の電流密度で一定の電流を発光素子に流し続けることにより、初期輝度1000cd/m2の定電流駆動試験を行った。その時の輝度劣化曲線を図4に示す。図中の実線が実際のデータであり、横軸が時間、縦軸が相対輝度(初期輝度をL0、輝度をLとすると、L/L0に相当する)を表す。 Accordingly, first, a constant current driving test with an initial luminance of 1000 cd / m 2 was performed by continuously supplying a constant current to the light emitting element at a current density of 9.25 mA / cm 2 . The luminance degradation curve at that time is shown in FIG. The solid line in the figure is actual data, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents relative luminance (corresponding to L / L 0 where the initial luminance is L 0 and the luminance is L).
次に、得られたデータを式(6)によりフィッティングした。その結果が図4中の点線であり、非常に精度よくフィッティングされていることがわかる。このフィッティングから、式(6)におけるパラメータkおよびβの値が得られた。その結果を下記表1に示す。 Next, the obtained data was fitted by the equation (6). The result is a dotted line in FIG. 4, and it can be seen that the fitting is very accurate. From this fitting, the values of parameters k and β in equation (6) were obtained. The results are shown in Table 1 below.
したがって式(1)から、本実施例の発光素子を初期輝度1000cd/m2で発光させる場合、下記式(1’)に従って、発光時間tに対して電流密度Jを上昇させることにより、輝度劣化の小さい発光素子を得ることができる。なお、式(1’)をグラフ化すると図5のようになる(横軸が発光時間t[h]、縦軸が電流密度J[mA/cm2]である)。 Therefore, from the formula (1), when the light emitting device of this example emits light with the initial luminance of 1000 cd / m 2 , the luminance degradation is caused by increasing the current density J with respect to the light emission time t according to the following formula (1 ′). Can be obtained. In addition, when Formula (1 ') is graphed, it will become like FIG. 5 (a horizontal axis is light emission time t [h] and a vertical axis | shaft is current density J [mA / cm < 2 >]).
J = 9.25・exp[(0.00018414・t)0.6531] ・・・(1’)
(Jは電流密度[mA/cm2]、tは発光時間[h]を表す)
J = 9.25 · exp [(0.00018414 · t) 0.6531 ] (1 ′)
(J represents current density [mA / cm 2 ], t represents light emission time [h])
本実施例では、実施形態2で述べた式(2)を用いることにより、輝度劣化の小さい発光素子を作製する例を具体的に例示する。
In this example, a specific example of manufacturing a light-emitting element with low luminance deterioration by using the formula (2) described in
発光素子としては、実施例1と同一のものを用いた。したがって、パラメータkおよびβの値は表1と同一である。また、k=k’・J0であるから、式(2)におけるパラメータk’およびβは下記表2の通りになる。 As the light emitting element, the same one as in Example 1 was used. Therefore, the values of parameters k and β are the same as in Table 1. Since k = k ′ · J 0 , the parameters k ′ and β in Equation (2) are as shown in Table 2 below.
したがって式(2)から、本実施例の発光素子を初期輝度1000cd/m2で発光させる場合、下記式(2’)に従って、発光時間tに対して電流密度Jを上昇させることにより、輝度劣化の小さい発光素子を得ることができる。 Therefore, from the equation (2), when the light emitting device of this example emits light with an initial luminance of 1000 cd / m 2 , luminance degradation is caused by increasing the current density J with respect to the emission time t according to the following equation (2 ′). Can be obtained.
J = 9.25・exp[(0.0000199・∫Jdt)0.6531] ・・・(2’)
(Jは電流密度[mA/cm2]、tは発光時間[h]を表す)
J = 9.25 · exp [(0.0000199 · ∫Jdt) 0.6531 ] (2 ′)
(J represents current density [mA / cm 2 ], t represents light emission time [h])
本実施例では、実施形態3で述べた式(3)を用いることにより、輝度劣化の小さい発光素子を作製する例を具体的に例示する。 In this example, a specific example of manufacturing a light-emitting element with low luminance deterioration by using the formula (3) described in Embodiment Mode 3 will be described.
発光素子としては、実施例1、2と同一のものを用いた。したがって、パラメータkおよびβは実施例1の表1の値を用いればよい。 As the light emitting element, the same one as in Examples 1 and 2 was used. Therefore, the values in Table 1 of Example 1 may be used for the parameters k and β.
したがって式(3)から、本実施例の発光素子を初期輝度1000cd/m2で発光させる場合、下記式(3’)に従って、発光時間tに対して電流密度の増加率γが上昇することにより、輝度劣化の小さい発光素子を得ることができる。なお、式(3’)をグラフ化すると図6のようになる(横軸が発光時間t[h]、縦軸が電流密度の増加率γ(=J/J0)[−]である)。 Therefore, from the formula (3), when the light emitting device of this example emits light with an initial luminance of 1000 cd / m 2 , the current density increase rate γ increases with respect to the emission time t according to the following formula (3 ′). Thus, a light-emitting element with low luminance deterioration can be obtained. In addition, when Expression (3 ′) is graphed, it is as shown in FIG. 6 (the horizontal axis is the light emission time t [h] and the vertical axis is the current density increase rate γ (= J / J 0 ) [−]) .
γ = exp[{0.00009207・(γ+1)・t}0.6531] ・・・(3’)
(γは電流密度の増加率[−]、tは発光時間[h]を表す。)
γ = exp [{0.00009207 · (γ + 1) · t} 0.6531 ] (3 ′)
(Γ represents a current density increase rate [−], and t represents a light emission time [h].)
本実施例では、実施形態4で述べた式(4)を用いることにより、輝度劣化の小さい発光素子を作製する例を具体的に例示する。発光素子としては、実施例1〜3と同一のものを用いた。
In this example, an example in which a light-emitting element with low luminance deterioration is manufactured by using the formula (4) described in
まず、この発光素子において、A.連続点灯させる前、B.1000時間点灯せずに保存した後、C.9.25mA/cm2の一定の電流密度で電流を流し続けて1000時間点灯させた後、のそれぞれに関し、電圧−電流特性を測定した。その結果を図7(a)に示す。横軸が電圧、縦軸が電流密度である。図7(a)の通り、点灯させた後(C.)のみならず、点灯せずに保存した後(B.)に関しても、電流が流れにくくなっていた。 First, in this light emitting element, A.I. B. Before turning on continuously. After storage without lighting for 1000 hours, C.I. The current was continuously supplied at a constant current density of 9.25 mA / cm 2 to light for 1000 hours, and then the voltage-current characteristics were measured for each. The result is shown in FIG. The horizontal axis is voltage, and the vertical axis is current density. As shown in FIG. 7A, not only after lighting (C.) but also after storing without lighting (B.), it was difficult for current to flow.
次に、実用的な輝度領域(100〜10000cd/m2;電流密度にして1〜100mA/cm2)において、図7(a)のデータを式(22)を用いてフィッティングした。その結果を図7(b)に示す。図7(b)から、発光素子の電圧−電流密度特性は、式(22)によって非常に精度よく直線でそれぞれフィッティングされることがわかる。 Next, in the practical luminance region (100 to 10000 cd / m 2 ; current density of 1 to 100 mA / cm 2 ), the data of FIG. 7A was fitted using the equation (22). The result is shown in FIG. From FIG. 7B, it can be seen that the voltage-current density characteristics of the light-emitting elements are respectively fitted with straight lines with high accuracy according to the equation (22).
さらに、図7(b)のフィッティングから、A.、B.、C.、それぞれについて、式(22)におけるSおよびnの値が得られた。その結果を下記表3に示す。また、表3をグラフ化したのが図8である。 Further, from the fitting of FIG. , B. , C.I. For each, the values of S and n in equation (22) were obtained. The results are shown in Table 3 below. FIG. 8 is a graph of Table 3.
まずnは、図8からもわかるように、1000時間電流を流さず保存するだけでも減少しており、しかもその減少率は、1000時間電流を流して点灯した場合とほとんど変わらない。すなわち、電流を流す、流さないにかかわらず、ほぼ時間経過のみで減少していくパラメータである。つまりnは、保存時間t’の関数で表すことができる(n=f(t’))。したがって、1000時間以外の他の保存時間についても同様の実験を行い、保存時間t’に対するnの値をプロットすることで、f(t’)を求めることができる。 First, as can be seen from FIG. 8, n decreases even if it is stored without passing a current for 1000 hours, and the rate of decrease is almost the same as when the light is turned on with a current flowing for 1000 hours. That is, it is a parameter that decreases almost only with the passage of time regardless of whether or not current is passed. That is, n can be expressed as a function of the storage time t ′ (n = f (t ′)). Therefore, f (t ') can be obtained by conducting a similar experiment for storage times other than 1000 hours and plotting the value of n against the storage time t'.
一方Sは、図8からわかるように、1000時間保存するだけではほとんど変化せず、電流を流すことで初めて減少するパラメータである。時間に依らず、電流を流すことに依存するということは、流れた単位面積あたりの総電荷量Qの関数であることが予想される(S=g(Q))。本実施例では、9.25mA/cm2の一定の電流密度で1000時間駆動しているので、Q=33300[C/cm2]である。したがって、33300[C/cm2]以外の単位面積あたりの総電荷量を流した場合についても同様の実験を行い、単位面積あたりの総電荷量Qに対するSの値をプロットすることで、g(Q)を求めることができる。 On the other hand, as can be seen from FIG. 8, S is a parameter that hardly changes when stored for only 1000 hours, but decreases for the first time when a current is passed. Regardless of the time, depending on the current flow is expected to be a function of the total charge Q per unit area that has flowed (S = g (Q)). In this embodiment, since driving is performed at a constant current density of 9.25 mA / cm 2 for 1000 hours, Q = 33300 [C / cm 2 ]. Therefore, the same experiment is performed when the total charge amount per unit area other than 33300 [C / cm 2 ] is flowed, and the value of S with respect to the total charge amount Q per unit area is plotted. Q) can be determined.
以上のようにして得られるf(t’)およびg(Q)を式(4)に代入し、式(4)に従って0<n<100なるデューティー比nで駆動している発光素子に電圧を印加することにより、0<n<100なるデューティー比nで駆動している発光素子に流れる電流密度は徐々に大きくなり、その結果輝度劣化を小さくすることができる。 By substituting f (t ′) and g (Q) obtained as described above into Equation (4), a voltage is applied to the light emitting element driven with a duty ratio n of 0 <n <100 according to Equation (4). By applying the current density, the current density flowing in the light emitting element driven at a duty ratio n of 0 <n <100 gradually increases, and as a result, the luminance degradation can be reduced.
101 電流源
102 モニター素子
103 電圧発生回路
104 駆動用トランジスタ
105 発光素子
106 スイッチング用トランジスタ
107 容量素子
108 走査線駆動回路
109 データ線駆動回路
110 画素
111 画素部
112 パルス出力回路
113 第1ラッチ回路
114 第2ラッチ回路
115 消去用トランジスタ
116 対向電源
117 電源
118 トランジスタ
119 トランジスタ
120 第1電源線
121 第2電源線
101
Claims (12)
J = J0・exp[(k・t)β] ・・・(1)
(J0は前記発光素子における初期設定の電流密度、tは発光時間、kおよびβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。) A light-emitting device comprising: a light-emitting element having a light-emitting layer between an anode and a cathode; and means for increasing a current density J of a current flowing through the light-emitting element over time according to the following formula (1).
J = J 0 · exp [( k · t) β] ··· (1)
(J 0 is the initial current density in the light emitting element, t is the light emission time, and k and β are positive parameters determined by the characteristics of the light emitting element.)
J = J0・exp[(k’・∫Jdt)β] ・・・(2)
(J0は前記発光素子における初期設定の電流密度、tは発光時間、k’およびβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、∫は0からtまでの積分を表す。) A light emitting device comprising: a light emitting element having a light emitting layer between an anode and a cathode; and means for increasing a current density J of a current flowing through the light emitting element over time according to the following formula (2).
J = J 0 · exp [(k ′ · ∫Jdt) β ] (2)
(J 0 represents the initial current density in the light emitting element, t represents the light emission time, k ′ and β represent positive parameters determined by the characteristics of the light emitting element, and ∫ represents the integral from 0 to t. .)
γ = exp[{(γ+1)・k・t/2}β] ・・・(3)
(tは発光時間、kおよびβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、前記発光素子における初期設定の電流密度をJ0、前記発光素子に流れる電流密度をJとすると、γ=J/J0である。) A light-emitting device having a light-emitting element having a light-emitting layer between an anode and a cathode, and means for controlling an increase rate γ of a current density of a current flowing through the light-emitting element according to the following formula (3).
γ = exp [{(γ + 1) · k · t / 2} β ] (3)
(T represents the light emission time, k and β represent positive parameters determined by the characteristics of the light emitting element. Also, assuming that the initial current density in the light emitting element is J 0 and the current density flowing in the light emitting element is J. , is γ = J / J 0.)
V = {J0/g(Q100)}1/f(t') ・・・(4)
(J0は前記発光素子における初期設定の電流密度を表す。また、f(t’)は保存時間t’を変数とする単調減少の関数である。また、g(Q)は前記発光素子に流れる単位面積あたりの総電荷量Qを変数とする単調減少の関数である。また、Q100は、デューティー比100、電流密度J0で前記発光素子を定電流駆動した場合に流れる単位面積あたりの総電荷量であり、前記発光素子の駆動時間をt’’とすると、Q100=J0・t’’で表される。) A light emitting element having a light emitting layer between an anode and a cathode, a first means for driving the light emitting element with a duty ratio n of 0 <n <100, and a voltage V of the light emitting element is expressed by the following formula (4) And a second means for increasing in accordance with the light emitting device.
V = {J 0 / g (Q 100 )} 1 / f (t ′) (4)
(J 0 represents the initial current density in the light emitting element. F (t ′) is a monotonically decreasing function with the storage time t ′ as a variable. Also, g (Q) represents the light emitting element. A monotonically decreasing function with the total charge amount Q per unit area flowing as a variable, and Q 100 per unit area flowing when the light emitting element is driven at a constant current with a duty ratio of 100 and a current density J 0 . (It is a total charge amount, and when the driving time of the light emitting element is t ″, it is expressed by Q 100 = J 0 · t ″.)
J = J0・exp[(k・t)β] ・・・(1)
(J0は前記発光素子における初期設定の電流密度、tは発光時間、kおよびβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。) A driving method of a light emitting element, in which a current density J of a current flowing through the light emitting element is increased with time according to the following formula (1).
J = J 0 · exp [( k · t) β] ··· (1)
(J 0 is the initial current density in the light emitting element, t is the light emission time, and k and β are positive parameters determined by the characteristics of the light emitting element.)
J = J0・exp[(k’・∫Jdt)β] ・・・(2)
(J0は前記発光素子における初期設定の電流密度、tは発光時間、k’およびβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、∫は0からtまでの積分を表す。) A driving method of a light emitting element, in which a current density J of a current flowing through the light emitting element is increased with time according to the following formula (2).
J = J 0 · exp [(k ′ · ∫Jdt) β ] (2)
(J 0 represents the initial current density in the light emitting element, t represents the light emission time, k ′ and β represent positive parameters determined by the characteristics of the light emitting element, and ∫ represents the integral from 0 to t. .)
γ = exp[{(γ+1)・k・t/2}β] ・・・(3)
(tは発光時間、kおよびβはそれぞれ前記発光素子の特性によって決まる正のパラメータを表す。また、前記発光素子における初期設定の電流密度をJ0、前記発光素子に流れる電流密度をJとすると、γ=J/J0である。) A driving method of a light emitting element that controls an increase rate γ of a current density of a current passed through the light emitting element according to the following formula (3).
γ = exp [{(γ + 1) · k · t / 2} β ] (3)
(T represents the light emission time, k and β represent positive parameters determined by the characteristics of the light emitting element. Also, assuming that the initial current density in the light emitting element is J 0 and the current density flowing in the light emitting element is J. , is γ = J / J 0.)
V = {J0/g(Q100)}1/f(t') ・・・(4)
(J0は前記発光素子における初期設定の電流密度を表す。また、f(t’)は保存時間t’を変数とする単調減少の関数である。また、g(Q)は前記発光素子に流れる単位面積あたりの総電荷量Qを変数とする単調減少の関数である。また、Q100は、デューティー比100、電流密度J0で前記発光素子を定電流駆動した場合に流れる単位面積あたりの総電荷量であり、前記発光素子の駆動時間をt’’とすると、Q100=J0・t’’で表される。)
A driving method of a light emitting element, wherein the light emitting element is driven at a duty ratio n of 0 <n <100, and the voltage V of the light emitting element is increased according to the following formula (4).
V = {J 0 / g (Q 100 )} 1 / f (t ′) (4)
(J 0 represents the initial current density in the light emitting element. F (t ′) is a monotonically decreasing function with the storage time t ′ as a variable. Also, g (Q) represents the light emitting element. A monotonically decreasing function with the total charge amount Q per unit area flowing as a variable, and Q 100 per unit area flowing when the light emitting element is driven at a constant current with a duty ratio of 100 and a current density J 0 . (It is a total charge amount, and when the driving time of the light emitting element is t ″, it is expressed by Q 100 = J 0 · t ″.)
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