JP2012530347A - Ｏｌｅｄデバイスを駆動する方法及びデバイス - Google Patents

Abstract

OLEDは、特性しきい値電圧（V2）を有し、該電圧の上では、OLEDはオンであると見なされる。OLED（20）を駆動する方法は、そのOLEDをオン及びオフに切り替えるステップを含む。本発明によると、OLED（20）を駆動する方法は、そのOLEDをゼロとゼロよりも高い所定の電圧レベル（Vx）との間の電圧範囲内で駆動することを避けるステップを含み、この所定の電圧レベル（Vx）は、前記特性しきい値電圧（V2）の単位であってよい。結果として、そのOLEDへの損傷は防止されるか低減され、結果として、そのOLEDの平均寿命に関する信頼性が増加する。

Description

本発明は、一般的にOLEDデバイスに関し、さらに詳しくは、当該デバイスのドライバに関する。

OLED（有機発光ダイオード）デバイスは、一般に知られていることから、本文献では詳しい説明は不要である。あえて言えば、OLEDは、陰極層と陽極層との間に配置された、特別のタイプのポリマー又は小さい分子の層を含む。電圧がこれらの陰極層と陽極層との間に印加されるとき、中間のOLED層は（PN接合に基づき、通常点源として働く無機LEDとは対照的に）発光する。

図1Aは、通常の動作をするOLEDの電流（縦軸）対電圧（横軸）特性を示すグラフである。そのデバイスがオフのとき、電圧はゼロであり電流もゼロである。そのデバイスがオンに切り替えられるとき、電圧は上昇し、電流も上昇する。その電流／電圧曲線の正確な形状は、デバイスに依存してよい。一般的に、その電流は、第1電圧範囲において（図1Aの例において、電流は、ゼロから約2.5Vまでの電圧に対し0.1μA未満に留まる）無視できるほど小さく、そのデバイスがオンであるとき、その電流は素早く上昇し、約4Vで約1mAの値に達する。そのような典型的な動作を示すデバイスは、本発明の内容においては、「健全」なデバイスとして示され、「健全状態」にあると見なされる。

OLEDに関する問題は、OLEDが欠陥状態になることがあり得ることである；そのようなデバイスは、本発明の内容において、「欠陥」デバイスとして示される。図1Bは、図1Aに似たグラフであり、欠陥OLEDの電流対電圧特性を示す。第1電圧範囲よりも高い電圧に対して、目に見える相違は無いものの、その第1電圧範囲における電圧に対して、電流は、例えば、2、3から数十倍も実質的により高くなることがあり、極端な場合においては（図1Bに示されるように、曲線2）100x‐1000xの単位にある：そのデバイスの駆動履歴に依存して、特に、0から2.5Vにおいて、OLEDデバイスは、健全状態（曲線1）から欠陥状態（曲線2）に切り替わってよい。以下において、欠陥デバイスに対する電流は、「欠陥電流」として示される一方、健全デバイスに対する電流は、「健全電流」として示される。

少なくとも原則として、OLEDはいずれも、健全状態から血管状態へと転移し得ることが知られている。その欠陥電流レベルと健全電流レベルとの間の装置は、異なるOLED間で異なってよい。図1Bの例において、その欠陥電流は、第1電圧範囲における電圧に比べて、第1電圧範囲のすぐ上の電圧に対してより低いが、これは、必ずしも全てのOLEDに適用されない。

原則として、OLEDは、オン又はオフの何れか一方であり、それは、非常に短い時間の瞬間の間だけ、オンからオフまで又はその逆に戻って転移することがさらに知られている。従って、オン状態において、電流は欠陥デバイスにおいて同じであることから、一見、その問題は重度ではないように見える。しかし、OLEDが欠陥状態にあるとき、その寿命は、実質的に縮小し得る。この効果は、電流がそのデバイスの表面上に均等に分布しておらず局所的のみ流れているという事実によって生じると考えられており、それは、そのデバイスを局所的に破壊することが可能な非常に高い局所電流密度に至る。

本発明は、OLEDの信頼性及び寿命を増やすことを目的とする。

上述の効果は、そのデバイスにおいて短絡しているいくつかの種類に比較することが出来るが、1つの解決策は、その短絡位置をそれが既に起こった後に修復することである。しかし、これは、そのデバイスにおける欠陥スポット（ダーク・スポット）に至る可能性が最も高い。対照的に、本発明は、そのような短絡が起こることを防ぐか、あるいはその発生の可能性を少なくとも減らすように努める。

OLEDは、原則としてオン又はオフのいずれか一方にあるとして見なされる一方、実際は、そのOLEDは、3つの異なる動作状態を有すると考えることができる：
1）オフ：そのOLEDにおける電圧降下はゼロに等しいか、又は第1電圧レベルV1よりも低く、V1は非常に低く、すなわちいくつかのマイクロボルトの単位にある。
2）オン：そのOLEDにおける電圧降下は、第2電圧レベルV2よりも高く、V2はいくつかのボルトの単位にある：典型的な値は4Vである。
3）そのOLEDにおける電圧降下がV1とV2との間である、中間状態；この状態は、以下においてトワイライト（twilight）状態として示される。

上記の電圧レベルV1及びV2は、OLEDによって変化してよい。さらに、上記の電圧レベルの正確な値は、それらを定義するために使用される正確な定義に依存してよい；V2に対する1つの適切な定義は、OLEDが発光し始める電圧であり、それは、そのOLEDのいわゆる内蔵電圧にしばしば近い。どの場合も、上記の電圧レベルは、デバイス特性であると見なされる。

実験において、本発明者は、OLEDの動作電圧を、4から6ボルトまでの電圧範囲において、1V／sの掃引速度で前後に数百回掃引した：そのOLEDは、如何なる異常電流も示さず、通常通りに作動し続けた。この実験は、異なるOLEDで繰り返されたが、同じ結果に至った。本発明者は、また、新品のOLED及び上記のテストにおいてテストされたOLEDの両方を、0から6ボルトまでの電圧範囲において動作電圧を前後に掃引することによってテストした：それらのOLEDは、例外を除いては、わずか10掃引内で失敗したように見えた。

OLEDが連続的にそれのオン状態にある従来型の照明装置において、信頼性、すなわち寿命に関する問題は恐らくない。しかし、実際は、どの照明装置も連続的にオンであることはまれであり：実際は、照明装置は、時々、オンとオフとの間で切り替えられる。従来型の照明装置において、オンとオフとを切り替えることによって、電圧は、ゼロからV2を超えて上昇し、V2の上からゼロまで降下し、それは、トワイライト状態を掃引することを意味する。直感的に、低い電圧での短い作動はデバイスに害を与えなく、より高い電圧は、如何なるデバイスにとってもより有害であると考えるかもしれない。しかし、これは、OLEDに関しては正確でないと考えられる。上記の実験に基づいて、本発明者は、トワイライト状態でOLEDを操作することによって、当該OLEDの寿命が実質的に縮小されるが、OLEDは、オン状態及び／またはオフ状態においてだけ作動する場合は延長された寿命を有し得るという結論に達した。この見識に基づいて、本発明は、トワイライト状態における作動を可能な限り避けることを提案する。

本発明のこれら及び他の態様、特性及び利点は、図表に関して1つ以上の望ましい実施形態の以下の記載によってさらに説明され、同一の参照符号は、同一又は類似の部分を示す。

図1A及び1Bは、OLEDの電流／電圧特性を示すグラフである。 OLED及びドライバを含む照明装置を概略的に示すブロック図である。 本発明に従って、OLEDドライバの第１実施形態を説明するブロック図である。 本発明に従って、OLEDドライバの第2実施形態を説明するブロック図である。

図2は、OLED20及びドライバ3０を含む照明装置10を概略的に示す。そのOLED20は、陽極層21と陰極層22との間に配置されたポリマー又は小さい分子の発光層23を含む。OLEDそれ自体は知られていることから、さらなる説明は、本文献では不要である。ドライバ30は、陽極21及び陰極22にそれぞれ接続された出力端子31、32を有する。

ドライバ30は、配電線（mains）（AC）又はバッテリー（DC）から供給されてよいが、これは、本発明に関連しておらず、示されていない。いずれの場合も、ドライバ30は、基本的に、出力端子31、32において、OLED20を駆動するのに適切な電圧及び電流を生成することが可能な電圧源である。

従来技術のドライバは、基本的に、ゼロと例えば6Vなどの動作電圧V0との間の如何なる電圧も生成することが可能である。オン又はオフに切り替えるとき、それらの出力電圧は、基本的に、ゼロからV0まで又はその反対に戻る範囲全体を通して変わる。そｎ出力電圧の上層時間及び降下時間が極端に小さくなるようにドライバを設計することが可能であるかもしれないが、通常、その上昇速度及び降下速度（V/sにおける）は、知られていない且つ／又は信頼できない。本発明の発明概念を実施する第1実施形態において、ドライバ・デバイス100は、ゼロと所定の電圧レベルVxとの間の電圧範囲を事実上スキップするように設計されている。そうすることによって、ドライバ・デバイス100は、ゼロ又はVxからより高い範囲内の出力電圧だけを生成することができる。Vxは、例えば、3VとV0との間の如何なる電圧で選択されてもよい。例えば、Vxは、4Vに等しくてよく、あるいは、Vxは、V0‐2Vに等しくてもよい。また、Vxは、V0よりも高く慎重に選択されてもよい；例えば、Vxは、V0よりも1‐2V高くてよい。

図3は、このドライバ・デバイス100の可能な実装を概略的に示すブロック図である。そのドライバ・デバイス100は、上記で考察されたドライバ30と同一であってよいドライバ段30、及び出力端子の1つと直列である、制御デバイス102によって制御される制御可能なスイッチ101を含む出力段30を含み、その制御デバイスは、例えば、適切にプログラムされたコントローラ又はマイクロプロセッサとして実装されてよい。電圧センサ103は、出力端子31、32における電圧を感知し、測定信号をコントローラ02へ供給する。そのコントローラ102は、その測定信号を所定の電圧レベルVxと比較する。その測定信号がVx未満の出力電圧を示す場合、コントローラ102は、制御可能なスイッチ102に対する制御信号を生成し、そうすることによって、そのスイッチは、開（非導電性）になる。その測定信号が、Vxに等しい又はそれよりも高い出力電圧を示す場合、コントローラ102は、制御可能なスイッチ101が閉（導電性）に成るように、そのスイッチに対する制御信号を生成する。本発明の特定の特徴に従って、スイッチ101及び制御信号は、そのデバイス出力端子8、9での出力電圧が少なくとも100V/s、望ましくは1kV/sより高く、より望ましくは10kV/sよりも高い上昇傾斜及び降下傾斜を有するように、設計される；実際には、ゼロから5Vの出力電圧が50μs以下の時間間隔内で得ることができるように、100kV/sよりも良い傾斜を達成することが容易に可能であるべきである。

ドライバ段30の上昇傾斜及び降下傾斜は絶対不可欠でないことが知られている。そのドライバ段の出力がゆっくりと上昇する場合、制御デバイス102は、スイッチ101がある瞬間に素早く閉になり、デバイス出力電圧（すなわち、出力段110の出力電圧）が素早く上昇するまで、そのスイッチ101を開（すなわち、非導電性）にしたままで保つ。

電圧センサ及びコントローラは、1つのユニットに一体化されてよいことが知られている。電圧ブロッキング・デバイス110を一緒に形成する制御可能なスイッチ、コントローラ及び電圧センサの組み合わせは、示されるようにドライバの一部分であってよいことがさらに知られているが、この組み合わせは、如何なるドライバとOLEDとの間に接続される個別のデバイスとして実装することも可能であり、あるいは、OLEDに一体化されたユニットとして実装してさえよく、又はOLEDハウジングに適合してもよい。

図4は、このドライバ・デバイスの第2実施形態を概略的に示し、参照番号200で示される。そのドライバ・デバイス200は、上記で考察したドライバ30と同一であってよいドライバ段30、及び出力端子のうち１つと直列に接続されたドレイン・ソース経路を有し、ドライバ段出力端子31、32に接続された2つの抵抗器202、203の直列配置によって形成される抵抗分圧器のノードに接続されたゲートを有するFET201を含む。そのドライバ段出力端子31、32の出力電圧が低い限り、FET201は、非導電性である。そのドライバ段出力端子31、32の出力電圧が、所定のレベルを超える場合、FET201は導電性である。この正確なレベルは、当業者に明らかであるように、その抵抗器202、203の分配比及びそのFETの特性に依存する。

実験の設定において、R1は10kΩと選択され、R2は3kΩと選択された。結果として、全ての電流は、3.2V未満の電圧に対して非常に強く抑制された一方、3.6Vを超える電圧に対しては、OLEDはいつものように作動した。

この場合もまた、そのドライバ段30の上昇傾斜及び降下傾斜は、絶対不可欠ではない。そのドライバ段の出力がゆっくりと上昇する場合、そのFETは、ある瞬間にFET201が素早く閉鎖し、そのデバイス出力電圧（すなわち、出力段210の出力電圧）が素早く上昇するまで、開放（すなわち、非導電性）したままで残る。

望まれる場合、低い電圧で残留電流をさらに抑制するために、例えば1kΩの追加の抵抗器をOLEDに並列に接続することが可能である。さらに、より急な切り替え動作が望まれる場合、1つ以上の追加のFETをカスケードにおいて使用することが可能である。

電流ブロッキング・デバイス210を共に形成するFET及び抵抗器の組み合わせは、示されるようにドライバの一部分であってよいことが知られているが、この組み合わせは、如何なるドライバとOLEDとの間に接続された個別のデバイスとして実装することも可能である。あるいは、それは、OLEDに一体化されたユニットとして実装されてさえよく、又はOLEDハウジングに適合されてもよい。いずれの場合も、この組み合わせは、非常に小さく低費用であるという利点を有する。

要約すると、本発明は、OLED20を駆動するための方法を提供する。OLEDが、特性しきい値電圧V2を有し、その電圧を超えるとOLEDはオンであると見なされ、OLED20を駆動するステップは、そのOLEDをオン及びオフに切り替えるステップを含むことを考慮すると、本発明による方法は、ゼロとゼロよりも高い所定の電圧レベルVxとの間の電圧範囲内でOLEDを駆動することを避ける特性を有する。この所定の電圧レベルVxは、前記の特性しきい値電圧V2の程度であってよい。結果として、そのOLEDに対する損傷が防止されるか又は提言され、結果としてそのOLEDの平均寿命に関する信頼性が増加する。

本発明は、図表及び前述の記載においてさらに詳しく説明され記載されてきているが、そのような記載は、例示的又は模範的であると見なされるべきであり、限定的ではないことは、当業者にとって明らかであるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されない；むしろ、いくつかの変化形及び改良形は、添付の請求項において定義されるように本発明の保護範囲内で可能である。

特に、制御可能な切り替え素子101、102は、電圧及び電流を実際にブロックするように2つの状態、すなわち、開（OPEN）＝ゼロの導電性及び閉（CLOSED）＝ゼロ抵抗を有してよいことが知られている。しかし、その制御可能な切り替え素子101、201は、非常に低いが限られた導電性を持つ開状態及び非常に低いが限られた抵抗を持つ閉状態を有する。それによって、開状態電流が許容されるが、非常に低いレベルで許容される。

開示された実施形態に対する他の変化形は、当業者が請求項に係る発明を実施する際に、図表、本開示及び添付の請求項を検討することによって理解され有効化されてよい。本願請求項において、「含む」という用語は、他の要素又はステップを除外しない。また、単数を表わす用語は複数を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、該請求項において列挙されるいくつかの事項の機能を満たしてよい。一定の測定が相互的に異なる従属請求項において列挙されているという単なる事実は、これらの測定の組み合わせを有利に使用することは出来ないということを示さない。該請求項における如何なる参照符号も、その範囲を限定しているとして解釈するべきではない。

上記において、本発明は、本発明によるデバイスの機能的なブロックを説明するブロック図に関して説明されている。当然のことながら、これらの機能的なブロックの1つ以上は、そのような機能的なブロックの機能が個別のハードウェア・コンポーネントによって実施されるハードウェアにおいて実装されてよい。しかし、これらの機能的ブロックの１つ以上は、そのような機能的ブロックの機能は、コンピュータ・プログラムの1以上のプログラム・ライン又はマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサなどのプログラム可能なデバイスによって実施されるように、ソフトウェアにおいて実装することも可能である。

Claims (12)

1. OLEDを駆動する方法であり、該OLEDはしきい値電圧を有し、該しきい値電圧の上では該OLEDはオンであると見なされ、前記方法は、該OLEDをオン及びオフに切り替えるステップを含み；
   ゼロとゼロよりも高い所定の電圧レベルとの間の電圧範囲内で前記OLEDを駆動することを避けるステップを含む、方法。
2. 前記所定の電圧レベルは、前記特性しきい値電圧に等しいか又は最大2Vさらに低い、請求項1に記載の方法。
3. 前記所定の電圧レベルは、前記特性しきい値電圧に等しいか又は最大2Vさらに高い、請求項1に記載の方法。
4. 請求項1に記載の方法であり、駆動電圧を生成し、該駆動電圧をゼロから前記範囲の上の動作値に増加させるか又は該駆動電圧を前記動作値からゼロへ減少させるステップを含み、前記駆動電圧が前記電圧範囲内にある限り、該駆動電圧を前記OLEDに印加することを避けるステップをさらに含む、方法。
5. 請求項1に記載の方法であり、駆動電圧を生成し、該駆動電圧をゼロから前記範囲の上の動作値に増加させるか又は該駆動電圧を前記動作値からゼロへ減少させるステップを含み、前記電圧範囲内の前記駆動電圧の上昇傾斜又は下降傾斜は、少なくとも10V/s、望ましくは1kV/sよりも高く、さらに望ましくは10kV/sよりも高く、最も望ましくは100kV/sよりも高い、方法。
6. 請求項1に記載の方法であり、駆動電圧を生成し、該駆動電圧を前記OLEDに印加するステップを含み、該駆動電圧が前記電圧範囲内にある場合、前記OLEDにおける電流の流れを防止するか又は少なくとも制限するステップをさらに含む、方法。
7. OLEDを駆動するドライバ・デバイスであり：
   ‐OLED駆動電圧を供給するための、電圧源出力端子を有する電圧源；
   ‐電圧源出力端子にそれぞれ結合されたOLEDに接続するためのデバイス出力端子；
   ‐電圧源出力端子と対応するデバイス出力端子との間に配置された電圧で制御されるブロッキング素子を含む出力段であり、該ブロッキング素子は、電圧出力端子での前記出力電圧によって制御される、出力段、
   を含むドライバ・デバイス。
8. 請求項7に記載のドライバ・デバイスであり、前記出力段は：前記電圧源出力端子のうち1つと前記ドライバ出力端子のうち1つとの間において直列に接続され；
   ‐前記電圧源の瞬間出力電圧を示す測定信号を供給するために、前記電圧源出力端子に結合された電圧センサ；
   ‐前記電圧センサからの前記測定信号を受け取るように結像され、前記制御可能なスイッチを、該スイッチが、前記瞬間出力電圧が前記所定の電圧レベルよりも低い場合に非導電性であり、前記瞬間出力電圧は前記所定の電圧レベルよりも高い場合に導電性であるように、制御するように設計された、制御デバイス；
   を含むドライバ・デバイス。
9. 請求項7に記載のドライバ・デバイスであり、前記出力段は：前記電圧源出力端子のうち1つと前記ドライバ出力端子のうち1つとの間に直列に接続された制御可能なスイッチ；
   前記電圧出力端子に結合された2つの抵抗器の直列配置、を含み、前記2つの抵抗器の間のノードは、前記制御可能ンスイッチの制御入力端子に結合されている、ドライバ・デバイス。
10. 前記制御可能なスイッチは少なくとも1つのFETを含む、請求項8又は9に記載のドライバ・デバイス。
11. 前記ドライバ・デバイスは、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法を実施するように設計されている、請求項7乃至10のいずれか1項に記載のドライバ・デバイス。
12. 請求項7乃至11のいずれか1項に記載のOLED及びドライバを含む、照明装置。

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