JP4219997B2 - Organic EL drive circuit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイに用いられる発光素子の駆動回路に関し、特に有機EL(Electro Luminescence)等のような発光が定電流によって制御される電流制御型発光素子の駆動回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ディスプレイに用いられる表示素子として、発光層に無機材料を使用した無機ELディスプレイが実用化されている。しかし、駆動電圧が100〜200Vと高く、またそのための駆動回路の形成が高コストであるために価格が高く、医療機器用など特定のアプリケーションのみに用途が限られていた。
【0003】
一方、低電圧駆動が可能で上記無機ELにはない、いくつかの特徴を有する有機化合物を発光層に使用したELディスプレイ(有機EL)の研究、開発が近年さかんに行われているが、有機EL素子を常に一定の電流値で駆動させることが難しく、わずかな電流変動等の影響で発光効率の低下や素子の破壊を引き起こす要因となっていた。これは、有機EL素子自体の分子構造に不均一性が生じやすく、このわずかな不均一で電界集中が起こるためであり、そのような不安定な供給電流で駆動させ続けると、有機EL素子の発光寿命も短くなるという欠点がある。
【0004】
上記問題に対して、有機ELに印加する駆動波形の与え方により、EL発光寿命が延ばせることが知られている。これは、定電流による駆動や逆バイアスの印加といった方法である。
【0005】
上記有機EL駆動に対する理想的な波形は、一般的に図2に示すようなものが知られている。このような駆動波形を実現するには、正極側への順バイアス、負極側への逆バイアス、そしてゼロバイアスというような波形を周期的に繰り返して印加させることが必要となる。このため、電源側としては、正負両極性を持った定電流源を使用し、これらを周期的にスイッチングするで実現することが最も簡単な方法であるが、有機ELの電気的特性はダイオードと似通った性質を持ち、正負両極性を持った交流で駆動させた場合、負極側にはほとんど電流は流れない。したがって、定電流源で正負両極を駆動させるとなると負極側に大量の電流が流れてしまい、飽和状態となる。このため、駆動方法としては、図12に示したように正極側への印加となる順バイアスは定電流源1で、一方、負極側への印加となる逆バイアスは定電圧源2で、それぞれ発生させた信号源をスイッチ回路3に入力し、タイミング発生回路4からのスイッチング信号で図2に示した理想波形に近づけるように制御して、有機EL5を駆動させることとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図12に示した方法では、順バイアス用の定電流源1と逆バイアス用の定電圧源2をタイミング発生回路4からの信号により、切り換えて駆動させなければならないため、切り換え時における電源側の変動が大きい。特に、定電流源による駆動の場合は、定電圧源を用いた場合より、接続する負荷側の容量によって電源側の電流の変動が大きく、有機ELを駆動する波形にひずみが生じる。一般的に、定電流源の電流フィードバックのゲインが高い場合、図13(A)のようにオーバーシュート波形が見られ、逆に電流フィードバックのゲインが低い場合は図13(B)のように波形がなまって方形波からくずれることとなる。このようなオーバーシュートは、有機ELに過剰な負荷を与えるため発光寿命を短くするための要因となり、波形のなまりは、発光効率の低下を引き起こす要因となる。また、電流オフから電流オンの状態に変化するときに追従しにくいため、順次、基本周期からのずれが発生し、理想の方形波からくずれてしまい、安定した電流を有機ELに供給できなくなる。
【0007】
そこで本発明は、順バイアス、逆バイアスともに電源変動の少ない定電圧源を使用し、動作条件を設定した制御回路を介して順バイアス、逆バイアスをスイッチングし、使用する有機ELの特性に最適な駆動電流及びタイミング条件を供給すると同時に、有機ELの発光寿命を延ばすための有機EL駆動回路を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に係る有機EL駆動回路は、定電圧源を用いた有機ELの駆動回路において、上記定電圧源で発生した順バイアス電圧と、逆バイアス電圧とを一定周期に基づいて規則的にスイッチングするスイッチ回路と、有機ELの動作条件を初期設定する動作条件設定回路と、上記動作条件設定回路の初期設定値を受け、上記スイッチ回路に対し制御信号を送る制御回路と、上記定電圧源の出力段と負荷側の上記有機ELとの間に設けられる電流検出回路とを有し、上記制御回路は、上記電流検出回路で測定した上記有機EL側に供給された電流値と上記初期設定された駆動電流値との誤差分を検出し、該誤差分により次の周期の順バイアス用電圧を算出した電圧値を順バイアス定電圧源に設定することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に基づいて本発明に係る有機EL駆動回路の実施の形態を詳細に説明する。図1は本発明に係る有機EL駆動回路の基本構成を示したものである。
【0011】
本発明に係る有機EL駆動回路は、図1に示したように、順バイアス定電圧源6、逆バイアス定電圧源7の2系統の電源回路で構成された電源部と、順バイアス、逆バイアスをスイッチングするスイッチ回路8と、有機EL5に供給する電流値を測定する電流検出回路9と、駆動させる有機EL5の特性に応じて最適な電流値、電圧値、方形波周期等を設定するための動作条件設定回路10と、前記電流検出回路9及び動作条件設定回路10からの信号を受けて順バイアス定電圧源6、逆バイアス定電圧源7、スイッチ回路8を制御するための制御回路11とから構成される。
【0012】
順バイアス定電圧源6、逆バイアス定電圧源7からの電圧信号がスイッチ回路8にそれぞれ入力され、電流検出回路9を介して有機EL5に供給される。このとき、前記有機EL5側に供給された電流値は電流検出回路9で測定され、制御回路11に入力され、動作条件設定回路10で設定された動作条件値と比較し、新たな電圧値及びスイッチング周期設定を行い、順バイアス定電圧源6、逆バイアス定電圧源7、スイッチ回路8に制御信号を送る。このように、1周期ごとに直前の電流値を比較することで常に適正な電流値、波形で有機EL5を駆動することが可能となる。
【0013】
図3及び図4は、図1で示した基本構成の各ブロックの内容を詳細ブロック図や回路素子のレベルで示したものであり、マイクロコンピュータ制御方式を採用した第1実施例のものである。以下、図3及び図4に基づいて説明する。
【0014】
有機EL5に電源を供給する定電圧源は、DAコンバータ12、14とアンプ13、15とから構成され、順バイアス用、逆バイアス用の2系統を有する。DAコンバータ12は、制御回路11から送られてきた順バイアス設定電圧のディジタル値をアナログの正電圧値に変換し、アンプ13に供給する。一方、DAコンバータ14は、制御回路11から送られてきた逆バイアス設定電圧のディジタル値をアナログの負電圧値に変換し、アンプ15に供給する。
【0015】
スイッチ回路8は、制御回路11からのスイッチング信号に対して、順バイアス、逆バイアス、ゼロバイアスの3状態を、設定された一定の周期のもとに電気的に交互にスイッチングする回路である。構成は、4個のスイッチ(SW1,SW2,SW3,SW4)と、入力側に4端子、出力側に2端子、また、制御信号用の入力端子が設けられている。前記スイッチのうち、SW2とSW3の入力側はともに接地され、0Vの基準電圧とし、SW1の入力側には、アンプ13からの順バイアス電圧、SW4の入力側には、アンプ15からの逆バイアス電圧が入力される。そして、制御回路11からの制御信号で、図5に示した状態S0からS3を交互に切り換えて出力する。
【0016】
電流検出回路9は、実際に有機EL5に流れている電流値を逐次測定するための回路である。その回路は、主として、電流検出用の抵抗16とコンパレータ17とADコンバータ18とから構成されており、前記電流検出抵抗16の一端は順バイアス供給側に、他の一端は駆動させる有機EL5側に接続される。そして、前記電流検出抵抗16の両端から出力された2本の信号線は、コンパレータ17に入力され、両信号線の電流値の差が検出された後、ADコンバータ18を介してディジタル量として制御回路11内のRAM19に記憶される。
【0017】
動作条件設定回路10は、有機EL駆動に必要な動作条件である周波数、電流、電圧等を初期設定する回路である。特に、順バイアス定電圧源6に対しては、有機EL5の素子が壊れない十分に小さい初期電圧を設定する。そして、その構成は、入出力ポートとメモリ部からなり、入出力ポートを介して、前記初期設定値を入力し、メモリ部に記憶される。そして、その記憶された内容は電源投入と同時に制御回路11のRAM19に読み込まれる。
【0018】
制御回路11は、CPU20、RAM19,ROM21,タイマ/カウンタ22、パラレルI/Oポート23とから構成され、電流検出回路9からは検出電流値を、動作条件設定回路10からは各種の初期設定値を受けて、次の駆動周期までに補正された動作条件を、定電圧源6に対しては電圧値を、また、スイッチ回路8に対しては順バイアス(S1)、逆バイアス(S2)、ゼロバイアス(S3)の3状態を交互に切り換えるスイッチング信号と、前記S1,S2,S3の3状態の繰り返し周期のデータを送る。前記順バイアス(S1)、逆バイアス(S2)、ゼロバイアス(S3)のデューティ比及び1周期のタイミングは、動作条件設定回路10に初期設定された情報をタイマ/カウンタ22に設定することにより行う。また、電圧値、電流値、方形波パルスのデューティ比等はROM21にあらかじめ設定しておくこともできる。
【0019】
次に、全体の制御方法を図6乃至図8に基づいて説明する。まず、初期設定として順バイアス定電圧源に初期電圧をセットし、前記初期電圧と同等で極性が反対の電圧を逆バイアス定電圧源にセットする(P1)。前記初期電圧は、駆動する有機EL素子が破壊しないよう十分に小さな値とするが、駆動する有機ELの初期電圧電流特性が分かっている場合はそれに対応する電圧値を与える。一般的には、5〜20V程度の電圧値となる。ここまでの状態は図7に示したS0に相当する。
【0020】
次に状態S0の間に行われた初期設定後、制御回路11はスイッチ回路8に対して出力を順バイアスとなる状態S1に切り換える制御信号を送る(P2)。前記制御回路11からの制御信号で選択され、スイッチ回路8から出力された信号が立ち上がり所定の電圧値に達して、安定状態になるまでの時間(ts)を待って(P3)、電流検出回路9により出力電流値を測定し、電流情報を読み出す(P4)。この電流情報は、制御回路内に一時記憶される。次に、設定されたt1時間のパルス幅分の時間を制御回路11内のタイマ/カウンタ22でカウントし(P5)、t1時間分のカウントが終了した後、今度は、制御回路11からスイッチ回路8に対して出力を逆バイアスとなる状態S2に切り換える制御信号を送る(P6)。ここでまた、設定された逆バイアスパルス幅分の時間t2をタイマ/カウンタ22によりカウントする(P7)。t2時間分のカウントが終了した後、今度は、制御回路11からスイッチ回路8に対して出力を状態3のゼロバイアスに切り換える(P8)。このゼロバイアス状態S3の間、(P4)で測定した電流値と初期設定された駆動電流値との誤差分により、次の周期の順バイアス用電圧値を算出し、電圧変換する(P9)。前記変換した電圧値を順バイアス定電圧源に設定する(P10)。そして、状態S3のゼロバイアス状態が終了すると(P11)、スイッチ回路8のスイッチを順バイアス定電圧源側6に切り換え、状態S2に戻る。このような、プロセス(P2)から(P11)までの操作を繰り返すことで、一定の連続した駆動波形を発生させる。
【0021】
次に、本発明に係る有機EL駆動回路を上記マイクロコンピュータ制御以外の方法で制御する回路例について説明する。
【0022】
図9は、図3及び図4で説明したマイクロコンピュータ構成による制御方式をアナログ回路で構成した場合の回路例である。本実施例では簡単のため、逆バイアス定電圧源24を出力電圧値固定とし、主として順バイアス定電圧源25を制御する。電流検出回路9で測定された順バイアス定電圧源25側の電流値は、まずホールドアンプ26により一時保持され、次に、負荷側である有機EL側の電流値はホールドアンプ27に一時保持される。そして、両ホールドアンプ26,27の誤差分の電流値はフィルタ回路28を介して必要な電圧値を順バイアス定電圧源25に設定する。また、タイミング発生回路4には、補正したタイミング情報を送ることで制御させるものである。
【0023】
図10は、制御回路部にCPUを使用せず、ランダムロジックのみで構成した場合の回路例である。電流検出回路9で測定された順バイアス定電圧源25側の電流値はまずADコンバータ18によりアナログ値からディジタル値に変換し、第1番目のラッチ回路29で保持され、次の周期により電流が検出されると、前の周期で保持されたラッチ回路29のデータがラッチ回路30にシフトされ、新しく検出された電流値がラッチ回路29に入力される。このとき、ラッチ回路29のデータとラッチ回路30のデータの誤差量が、デコード回路31により解読される。続いてデコード回路31のデータはDAコンバータ32を介して適正な電圧値として順バイアス定電圧源25に設定される。同時に、前記ラッチ回路29及びラッチ回路30のデータはタイミング発生回路4に送られ、タイミング発生回路においては、適正なタイミングに補正した上で、スイッチ回路8に送られる。このように、逐次現在の電流値と1つ前の電流値を2つのラッチ回路に保持し、比較することで供給電圧値と周期を補正しながら駆動することができる。
【0024】
上記図9及び図10で示した回路例は、図3及び図4で示したマイクロコンピュータ制御方式ほど精度は高くないものの回路構成が簡単になるという利点がある。
【0025】
次に、本発明に係る有機EL駆動回路を時計の表示パネル駆動に応用した例を図11に示す。本応用例は、発振回路33、カウンタ回路34、デコーダ回路35、EL駆動回路36、そして、有機ELパネル37とから構成される。まず、発振回路33により1Hzのクロック信号を発生し、カウンタ回路34に与える。カウンタ回路34は、60進カウンタの「秒カウンタ」と「分カウンタ」、そして、12進カウンタの「時間カウンタ」とから構成され、「時間カウンタ」と「分カウンタ」の出力はデコーダ回路35により点灯するELセグメント38を選択し、本発明に係るEL駆動回路36に送られる。EL駆動回路36からは、点灯指令が出たELセグメント38に対して所定の駆動波形を送り、発光させる。このように、発振回路33からのクロック信号に同期して時刻表示パターンに必要なELセグメント38をさせることで時計を構成するものである。このようなディジタル式の時計用表示パネルは、少ない消費電力で常時EL発光させることが要求されるため、低電圧駆動が可能で長寿命EL発光に対応した本発明に係る有機EL駆動回路は最適な応用例の一つとなる。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る有機EL駆動回路によれば、有機EL駆動源として与える順バイアス、逆バイアスともに定電圧源を使用して、擬似的にAC特性を持った定電流駆動を行うことで、電流変動が少なく、安定した駆動波形が得られ、有機ELの発光寿命が長くなるといった効果が得られる。
【0027】
また、同等の機能を定電流源で構成する場合に比べて回路構成が簡単で小型化やIC化しやすいという利点がある。
【0028】
また、定電圧駆動であるため、調整や制御が比較的容易となり、マイクロコンピュータによるディジタル制御等が可能となる。
【0029】
また、制御回路を共用し、有機EL側に供給する出力段の信号線を増設することで、本発明の有機EL駆動回路は、複数のセグメントからなる有機ELディスプレイのマトリックス駆動を可能とするための拡張が簡単に行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る有機EL駆動回路の基本構成図である。
【図2】本発明に係る有機EL駆動回路による理想駆動波形である。
【図3】本発明の第1実施例のブロック図である。
【図4】本発明の第1実施例の回路図である。
【図5】本発明の第1実施例のスイッチング状態表である。
【図6】本発明の第1実施例の制御フローである。
【図7】本発明の第1実施例の基本波形である。
【図8】本発明の第1実施例の各状態と選択される電圧値との組み合わせ表である。
【図9】本発明の第2実施例のブロック図である。
【図10】本発明の第3実施例のブロック図である。
【図11】本発明の応用例を示したブロック図である。
【図12】従来技術による有機EL駆動方式のブロック図である。
【図13】従来の駆動回路による駆動波形である。
【符号の説明】
5 有機EL
6 順バイアス定電圧源
7 逆バイアス定電圧源
8 スイッチ回路
9 電流検出回路
10 動作条件設定回路
11 制御回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drive circuit for a light-emitting element used in a display, and more particularly to a drive circuit for a current-controlled light-emitting element in which light emission such as organic EL (Electro Luminescence) is controlled by a constant current.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an inorganic EL display using an inorganic material for a light emitting layer has been put to practical use as a display element used in a display. However, the drive voltage is as high as 100 to 200 V, and the formation of the drive circuit therefor is expensive, so the price is high and the use is limited only to specific applications such as for medical devices.
[0003]
On the other hand, research and development of an EL display (organic EL) using an organic compound having some characteristics, which is not available in the above-mentioned inorganic EL and is used in the light emitting layer, has been conducted in recent years. It has been difficult to always drive the EL element with a constant current value, and this has been a factor that causes a decrease in light emission efficiency and destruction of the element due to a slight current fluctuation or the like. This is because non-uniformity is likely to occur in the molecular structure of the organic EL element itself, and electric field concentration occurs due to this slight non-uniformity. There is a disadvantage that the light emission life is also shortened.
[0004]
In order to solve the above problem, it is known that the EL emission lifetime can be extended by applying a driving waveform applied to the organic EL. This is a method of driving with a constant current or applying a reverse bias.
[0005]
An ideal waveform for the organic EL driving is generally as shown in FIG. In order to realize such a drive waveform, it is necessary to periodically apply a waveform such as a forward bias to the positive electrode side, a reverse bias to the negative electrode side, and a zero bias. For this reason, the simplest method is to use a constant current source having both positive and negative polarities on the power supply side and periodically switch them. When driven by an alternating current having similar characteristics and having both positive and negative polarities, almost no current flows on the negative electrode side. Therefore, when the positive and negative electrodes are driven by a constant current source, a large amount of current flows on the negative electrode side, resulting in saturation. For this reason, as shown in FIG. 12, the forward bias applied to the positive electrode side is the constant
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method shown in FIG. 12, the forward bias constant
[0007]
Therefore, the present invention uses a constant voltage source with little power supply fluctuation for both forward bias and reverse bias, and switches forward bias and reverse bias through a control circuit in which operating conditions are set, and is optimal for the characteristics of the organic EL to be used. An organic EL driving circuit for supplying a driving current and timing conditions and at the same time extending the light emission lifetime of the organic EL is provided.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an organic EL driving circuit according to
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an organic EL drive circuit according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a basic configuration of an organic EL driving circuit according to the present invention.
[0011]
As shown in FIG. 1, the organic EL drive circuit according to the present invention includes a power supply unit composed of two power supply circuits, a forward bias
[0012]
Voltage signals from the forward bias
[0013]
3 and 4 show the contents of each block of the basic configuration shown in FIG. 1 in detail block diagrams and circuit element levels, and are of the first embodiment adopting a microcomputer control system. . Hereinafter, a description will be given based on FIGS. 3 and 4.
[0014]
A constant voltage source for supplying power to the
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
The operation
[0018]
The control circuit 11 includes a
[0019]
Next, the overall control method will be described with reference to FIGS. First, as an initial setting, an initial voltage is set in a forward bias constant voltage source, and a voltage equivalent to the initial voltage and opposite in polarity is set in a reverse bias constant voltage source (P1). The initial voltage is set to a sufficiently small value so that the organic EL element to be driven is not destroyed. However, when the initial voltage / current characteristic of the organic EL to be driven is known, a voltage value corresponding to the initial voltage is given. Generally, the voltage value is about 5 to 20V. The state up to this point corresponds to S0 shown in FIG.
[0020]
Next, after the initial setting performed during the state S0, the control circuit 11 sends a control signal for switching the output to the state S1 in which the output is forward biased to the switch circuit 8 (P2). The current detection circuit waits for a time (ts) until the signal selected by the control signal from the control circuit 11 and output from the
[0021]
Next, a circuit example for controlling the organic EL drive circuit according to the present invention by a method other than the microcomputer control will be described.
[0022]
FIG. 9 is a circuit example when the control method based on the microcomputer configuration described in FIGS. 3 and 4 is configured by an analog circuit. In this embodiment, for simplicity, the reverse bias
[0023]
FIG. 10 is a circuit example when the control circuit unit is configured by only random logic without using a CPU. The current value on the forward bias constant voltage source 25 side measured by the
[0024]
The circuit examples shown in FIGS. 9 and 10 have the advantage that the circuit configuration is simplified, although the accuracy is not as high as that of the microcomputer control system shown in FIGS.
[0025]
Next, FIG. 11 shows an example in which the organic EL drive circuit according to the present invention is applied to the display panel drive of a watch. This application example includes an
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the organic EL drive circuit according to the present invention, constant current drive having pseudo AC characteristics can be realized by using a constant voltage source for both forward bias and reverse bias applied as an organic EL drive source. By doing so, it is possible to obtain an effect that current fluctuation is small, a stable driving waveform is obtained, and the light emission life of the organic EL is extended.
[0027]
In addition, there are advantages that the circuit configuration is simpler and the size and the IC can be easily formed as compared with the case where the equivalent function is configured by a constant current source.
[0028]
In addition, since it is driven at a constant voltage, adjustment and control are relatively easy, and digital control or the like by a microcomputer becomes possible.
[0029]
In addition, by sharing a control circuit and adding an output stage signal line to be supplied to the organic EL side, the organic EL driving circuit of the present invention enables matrix driving of an organic EL display composed of a plurality of segments. Can be easily expanded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a basic configuration diagram of an organic EL drive circuit according to the present invention.
FIG. 2 is an ideal drive waveform by an organic EL drive circuit according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of a first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a switching state table of the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a control flow of the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a basic waveform of the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a combination table of each state and selected voltage value in the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram of a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram of a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram showing an application example of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram of a conventional organic EL driving method.
FIG. 13 shows a driving waveform by a conventional driving circuit.
[Explanation of symbols]
5 Organic EL
6 Forward bias
Claims (1)
上記定電圧源で発生した順バイアス電圧と、逆バイアス電圧とを一定周期に基づいて規則的にスイッチングするスイッチ回路と、
有機ELの動作条件を初期設定する動作条件設定回路と、
上記動作条件設定回路の初期設定値を受け、上記スイッチ回路に対し制御信号を送る制御回路と、
上記定電圧源の出力段と負荷側の上記有機ELとの間に設けられる電流検出回路とを有し、上記制御回路は、上記電流検出回路で測定した上記有機EL側に供給された電流値と上記初期設定された駆動電流値との誤差分を検出し、該誤差分により次の周期の順バイアス用電圧を算出した電圧値を順バイアス定電圧源に設定することを特徴とする有機EL駆動回路。In an organic EL drive circuit using a constant voltage source,
A switch circuit that regularly switches a forward bias voltage and a reverse bias voltage generated by the constant voltage source based on a certain period ;
An operating condition setting circuit for initially setting the operating conditions of the organic EL;
A control circuit that receives an initial setting value of the operating condition setting circuit and sends a control signal to the switch circuit;
A current detection circuit provided between the output stage of the constant voltage source and the organic EL on the load side, and the control circuit has a current value supplied to the organic EL side measured by the current detection circuit And a voltage value obtained by calculating a forward bias voltage of the next period based on the error amount is set as a forward bias constant voltage source. Driving circuit.
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