JP4409171B2 - 発光デバイス - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光デバイス、具体的には電界発光デバイスおよびこのような素子を組み込んだディスプレイに関する。電界発光デバイスのための電界発光は、有機発光材料によってもたらされる（たとえば電界発光する半導体の共役ポリマーたとえばＰＰＶを記載している国際公開ＷＯ９０／１３１４８を参照のこと）。
【０００２】
【従来の技術】
背景技術として、図１に有機発光デバイス素子の典型的な断面構造を示す。この素子は、透明な第１電極（２）たとえばインジウム錫酸化物でコートされた基板（１）上に作製されている。コートされた基板は、少なくとも１層の電界発光有機材料の薄膜（３）および典型的には金属からなる第２電極（４）を形成する最終層でオーバーコートされている。（たとえばガラスまたはプラスチック材料からなる）透明基板を用いることによって、膜（３）中で発生した光が第１電極（２）を通して素子から出ることができる。
【０００３】
電界発光デバイスの性能は、過去数年にわたって急速に向上している。それらの高い性能のために、このデバイスは、単純なバックライトからグラフィックディスプレイたとえば数百万ピクセルからなることもあるテレビジョンスクリーン、コンピューターモニターおよびパームトップデバイスまで、広い範囲のディスプレイ用途に対する潜在能力を示している。しかし、ポリマー系を含む赤、緑および青の有機エレクトロルミネセンス系の有効寿命にはかなりの変動がある。本明細書の目的のためには、エレクトロルミネセンス素子の有効寿命とは、所定の駆動方式で動作したときに素子が少なくともディスプレー−モニターのレベルの明るさ（たとえば１００ｃｄ／ｍ2に設定される）を出すことができる最大時間と定義される。たとえば、赤色発光ポリマーを含むエレクトロルミネセンス素子は有効寿命が５ボルトで３００００時間であるが、青色発光ポリマーを含む素子は有効寿命が同じ電圧でわずかに１５００時間である（表１参照）。
【０００４】
有機発光材料の有効寿命における不均衡は重大である。というのは、このような材料を組み込んだディスプレイの使用寿命または耐用寿命の決定における１つの要因が、使用される様々なポリマーの最短の有効寿命によって支配されるためである。（他の要因は、色シフトを起こす劣化速度に関連している。色シフトは全体の色純度を減少させることがある、すなわち「ホワイト」が「オフホワイト」になり、かつディスプレイ中に不均一を生じさせる可能性もある）。したがって、グラフィックディスプレイの耐用寿命を改善する試みがなされてきた。たとえば、このようなディスプレイにおける「弱いリンク」すなわち比較的寿命の短い青色発光ポリマーの有効寿命をアップグレードさせる研究がなされてきた。また、経時的に最適性能を維持するために、複雑な駆動補償エレクトロニクスにおいて、センシング機構を使用するかまたは性能劣化の速度を予測することによって、デバイスの駆動電流を補うためのシステムが工夫されてきた。しかし、補償機構は複雑で高価な回路を必要とし、このことは利用可能な開口比に制限を課すこともある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、有機発光材料を組み込んだグラフィックディスプレイの耐用寿命を改善することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、通電したときに第１の色の光を発光する第１のエレクトロルミネセンス素子と、通電したときに第２の色の光を発光する第２のエレクトロルミネセンス素子とを具備し、前記第１のエレクトロルミネセンス素子は前記第２のエレクトロルミネセンス素子よりも長い有効寿命を有する発光デバイスであって、前記第２の素子は前記第１の素子よりも低い明るさで動作するように構成されていることを特徴とする発光デバイスが提供される。
【０００７】
ある物体から発光された光の明るさまたは輝度はカンデラ／平方メーターで評価することができ、目の感度に補正すると、発光された光の量（フォトン数）／秒／単位立体角／単位面積という単位である。瞬間的な明るさは、意図的であろうとなかろうと、ある時から別の時までに変わり得る。グラフィックディスプレイに用いる発光デバイスを考慮すると、瞬間的な明るさの変動はあまりにも速く起こるので、人間の目によっては検出することができない。したがって、本発明にとって重要な「明るさ」は、瞬間的な明るさにおける局所的または急速な変動をならして除くのに必要な程度に時間平均されている。
【０００８】
第１および第２のエレクトロルミネセンス素子は有機発光材料を含んでいてもよく、ポリマー材料たとえばＷＯ９０／１３１４８またはＷＯ９２／０３４９０において議論されているものでもよい。
【０００９】
本出願人は、有機発光材料を用いているデバイスの明るさと耐用寿命との関係が意味するものを認識している。この関係を概略的に図２に図示している。この図は、異なる有機発光材料を用いている２つのエレクトロルミネセンス素子たとえば赤色発光素子（Ｒ）および青色発光素子（Ｂ）（これらは異なる有効寿命を持つ）に関するものである。各々の関係は、比較的明るさが明るいと比較的耐用寿命が短い（その逆も同様である）ことを示していると要約することができる。両方の有機発光材料を連続的に同じレベルの明るさで動作させると、最も有効寿命の短い材料が最初に切れ（すなわちその有効寿命の終わりに達し）（この例では青が赤より前に切れる）、そのデバイスはｔ1で早目に切れたと判断されるであろう。しかし、最も有効寿命の短い材料を他の材料よりも低いレベルの明るさで連続的に動作させれば、デバイスの耐用寿命はｔ2まで延びるであろう。
【００１０】
第１のエレクトロルミネセンス素子の明るさ（Ｂ1）と第２のエレクトロルミネセンス素子の明るさ（Ｂ2）との比は、第１の素子の有効寿命（τ1）と第２の素子の有効寿命（τ2）との比と、実質的に等しいであろう（すなわちＢ1／Ｂ2＝τ1／τ2）。たとえば、２つの素子の有効寿命にあるオーダーの大きさの差がある（たとえば、第１の素子の有効寿命が３００００時間で、第２の素子の有効寿命が３０００時間である）と仮定してみよう。２つの素子が実質的に同じ時間で切れるべきなのであれば、第２の素子を第１の素子の明るさの１０分の１で動作させることが必要であろう。
【００１１】
第２の素子（有効寿命が短い）を第１の素子よりも低い明るさで動作させることには別の利点もある。連続的に動作させたとき、第１および第２の素子によって単位時間あたりに発光される光量は、時間とともに減少するかまたは減衰し、おそらく減衰速度は第２の素子で大きいであろう。したがって、両方の素子に通電させている発光デバイスの知覚色は時間とともに移り変わるであろう。これは、全体的な光出力に対する第２の素子による寄与がゆっくりと減少するためである。しかし、第２の素子を第１の素子よりも低い明るさで動作させることによって、単位時間あたりに発光される光量における減衰速度を遅らせる効果があるであろう。言い換えれば、第１および第２の素子による単位時間当りに発光される光量における減衰速度はより一様になるであろう。それゆえ、時間とともに知覚色が移り変わるという問題は緩和されるであろう。
【００１２】
第１および第２のエレクトロルミネセンス素子は、たとえば共通のカソードを用いて、共通の電位差まで通電されるであろう。明るさ（またはｃｄ／ｍ2の単位での輝度）と電圧の関係を概略的に図３に図示している。この図は、異なる材料を用いている２つのエレクトロルミネセンス素子たとえば赤色発光素子（ＲＥＤ）および青色発光素子（ＢＬＵＥ）（これらは異なる駆動電圧特性を持つ）に関するものである。実際に、赤色発光素子（ＲＥＤ）は青色発光素子（ＢＬＵＥ）よりも低い駆動電圧特性を持つ。このため、２つの素子を共通の電位（Ｖ1）で駆動することにより、赤色発光素子は青色発光素子よりも高い明るさで動作するであろう（Ｂ1＞Ｂ2）。したがって、デバイスの耐用寿命を延ばすという目標が共通の電位で動作させることによって達成できる。
【００１３】
代わりの実施形態では、第１および第２の素子を異なる電位まで通電してもよい。第２の素子は第１の素子よりも高い電位に通電されるであろう。図３を参照すると、青色発光素子（ＢＬＵＥ）をＶ2で駆動することによって、Ｂ2よりも高い明るさＢ3が生じるとあろう。もちろん、図３において性能特性が逆になっているか、またはＲＥＤおよびＢＬＵＥ曲線が駆動電位領域でクロスしているならば、第１の素子が第２の素子よりも高い電位に通電されるであろう。
【００１４】
第２の素子にパルス状に通電してもよい。パルスさせるのは、連続的にたとえば一定電位で動作させるのと比較して、時間平均の明るさを低下させるという効果がある。このため、青色発光素子（ＢＬＵＥ）を前よりも高い電位（Ｖ2＞Ｖ1）で動作させても、デバイスの耐用寿命はｔ1よりもまだ長くなるであろう。これは、発光素子が全時間の一部（たとえば１／１０未満）の間だけ通電されるにすぎないためである。第２の素子を５０Ｈｚを超える周波数で、おそらく１００Ｈｚでパルスさせることができる。より低い周波数でも時間平均の明るさを低下させる効果はあるが、いくつかの用途では目の応答関数よりも速い速度で応答させることが望ましいであろう。各パルスはおそらく２００ミリ秒間持続し、パルス間はおそらく２０ミリ秒であろう。
【００１５】
第１および第２の素子をパルスさせてもよい。このとき第１の素子の時間平均の明るさは第２の素子のそれよりも高い。このため、第１および第２の素子を共通の電位で動作させると、第１の素子は第２の素子よりも長時間通電されるであろう。このことは、第１の素子を第２の素子よりも高い周波数でパルスするかまたは第１の素子に対する各パルスの期間（パルス幅）を第２の素子に対するそれと比較して増加させることによって達成できる。両方の素子をパルスさせることは、パッシブマトリックス駆動のディスプレイに組み込まれた発光デバイスに有用であろう。
【００１６】
第２の素子を第１の素子よりも大きな面積に光を発光するように構成してもよい。発光面積における差は、同等の時間フレームにわたって、第１の素子からの合計光出力が第２の素子からのそれと実質的に等しくなるようなものであろう。たとえば、アクティベーション期間に差がないのであれば、第１の素子の発光面積（Ａ1）と第２の素子の発光面積（Ａ2）との比は、第２の素子の明るさ（Ｂ2）と第１の素子の明るさ（Ｂ1）との比と、実質的に等しいであろう（すなわちＡ1／Ａ2〜Ｂ2／Ｂ1）。第２の素子を第１の素子よりも低い時間平均明るさで動作させることにより、素子が同じサイズのものならば（アクティベーション期間を同じとして）、素子から観察者によって観察される光量は異なるであろう。これは、普通の目の制約条件（たとえばサンプリングおよび解像の要因）では、素子から受ける光量は時間平均明るさと光が発光されている面積との積に関連するためである。しかし、第２の素子のサイズを第１の素子と対比して増加させることによって、このような差をいくぶん相殺できるかまたは全体的に埋め合わせることもできる。
【００１７】
第１および第２のエレクトロルミネセンス素子の明るさを、第１および第２のエレクトロルミネセンス素子の半減寿命が実質的に等しくなるように選ぶこともできる。
【００１８】
２つのエレクトロルミネセンス素子に関する駆動条件は、材料の性質によって支配されることがある。図４は、それぞれ第１および第２のエレクトロルミネセンス素子中の赤色および青色発光素子に関して、効率対電流密度のプロットを示している。デバイスを最適効率で動作させるべきであるならば、第１のエレクトロルミネセンス素子を第１の電流密度σ1で動作させることが必要であり、一夫で第２のエレクトロルミネセンス素子を第２の電流密度σ2で動作させることが必要であろう（σ1＞σ2）。電流密度σ2は、たとえば第２の素子を第１の素子よりも高い電位で動作させることにより達成され、第２の素子をパルスすることによって低い明るさを達成する。
【００１９】
デバイスは、さらに、通電したときに第３の色の光を発光する第３のエレクトロルミネセンス素子を具備していてもよく、第３のエレクトロルミネセンス素子は第１および第２のエレクトロルミネセンス素子の中間にある有効寿命を持つ。全ての素子が有機発光材料を含んでいてもよく、ポリマー材料たとえばＷＯ９０／１３１４８またはＷＯ９２／０３４９０に開示されているものでもよい。全ての素子を共通の電位差まで、または異なる電位に通電してもよい。おそらく第２の素子が最高の電位で第１の素子が最低の電位であり、おそらく第２の素子がパルスされる。
【００２０】
第３のエレクトロルミネセンス素子は、第１の素子よりも大きいが、第２の素子よりも小さい面積に光を発光するように構成されていてもよい。このようにする理由もまた、単位時間あたりで望ましい合計光出力を達成するためである。このようにする効果は、第１の素子を犠牲にして第２の素子の耐用寿命を増加させるのと同じである。このことは、有限の基板を取り扱う場合、実用上は第３の素子の発光面積は標準化され、第１および第２の素子の面積はそれぞれ比較的小さいか比較的大きくなるためである。
【００２１】
本発明の第１の態様に係る発光デバイスを組み込んだグラフィックディスプレイであって、デバイス中の各々のエレクトロルミネセンス素子がグラフィック情報を表示する画素に対応するものも提供される。
【００２２】
本発明の第２の態様によれば、所定の電位まで通電したときに第１の明るさ（Ｂ1）の光を発光する第１のエレクトロルミネセンス素子と、所定の電位まで通電したときに第２の明るさの光を発光する第２（Ｂ2）のエレクトロルミネセンス素子とを具備し、第２の明るさが第１の明るさよりも低い発光デバイスであって、第１および第２のエレクトロルミネセンス素子を所定に電位に通電する手段を特徴とし、第２のエレクトロルミネセンス素子は第１のエレクトロルミネセンス素子よりも大きい発光面積を有することを特徴とする発光デバイスが提供される。
【００２３】
本発明の第２の態様は、単位時間に素子によって発光される合計の光の差を減らすという観点で、最も低い明るさを持つ素子の発光面積を最も高い明るさを持つ素子のそれに対比して増加させる。このような面積的な埋め合わせがないと、共通の電位で動作したときに、最も明るい素子（すなわち第１のエレクトロルミネセンス素子）は他の素子よりも多くの光を発光するであろう。
【００２４】
第１または第２のエレクトロルミネセンス素子は有機発光材料を含んでいてもよい。有機発光材料がポリマー性であってもよい。
【００２５】
通電手段は両方の素子に共通な少なくとも１つの電極を有していてもよい。たとえば、通電手段は、各々両方の素子に共通なアノードおよびカソードを有していてもよい。
【００２６】
両方のエレクトロルミネセンス素子に通電したときのいかなる所定の時間間隔においても、第１のエレクトロルミネセンス素子によって発光される合計の光は、第２のエレクトロルミネセンス素子によって発光される合計の光と、実質的に等しくてもよい。
【００２７】
第１の明るさ（Ｂ1）の第２の明るさ（Ｂ2）に対する比が、第２のエレクトロルミネセンス素子の発光面積（Ａ2）の第１のエレクトロルミネセンス素子の発光面積（Ａ1）に対する比と、実質的に等しくてもよい（すなわちＢ1／Ｂ2〜Ａ2／Ａ1）。
【００２８】
通電したときに前記第１および第２のエレクトロルミネセンス素子はそれぞれ第１および第２の色の光を発光してもよく、第１および第２の色は赤、緑および青からなる群より選択される。
【００２９】
この発光デバイスは、さらに、所定の電位まで通電したときに第３の明るさの光を発光する第３のエレクトロルミネセンス素子（第３の明るさは前記第１および第２の明るさの中間にある）と、第３のエレクトロルミネセンス素子を所定の電位まで通電する手段とを具備していてもよい。
【００３０】
第３のエレクトロルミネセンス素子は、第１の素子よりも大きく、第２の素子よりも小さい発光面積を有していてもよい。
【００３１】
第２の態様に係る発光デバイスを具備したグラフィックディスプレイであって、各々のエレクトロルミネセンス素子がグラフィック情報を表示する画素に対応するグラフィックディスプレイを提供することができる。
【００３２】
本発明の第３の態様によれば、通電したときに第１の色の光を発光する第１のエレクトロルミネセンス素子と、通電したときに第２の色の光を発光する第２のエレクトロルミネセンス素子とを具備し、各々を最適効率で通電したときに第１のエレクトロルミネセンス素子は第２のエレクトロルミネセンス素子よりも低い輝度で光を発光する発光デバイスであって、両方のエレクトロルミネセンス素子を最適効率で通電したときに前記第１および第２のエレクトロルミネセンス素子は同じ知覚の明るさで動作するように構成されていることを特徴とする発光デバイスが提供される。
【００３３】
本発明の第３の態様は、異なる輝度対効率特性を有する発光素子を最適効率で動作させ、同時に各素子からの光出力の均一性を達成する。このような発光素子は、寿命が問題ではない（ある種の「使い捨て」用途によくあるケースである）場合に貴重である。
【００３４】
第１または第２のエレクトロルミネセンス素子は有機発光材料を含んでいてもよい。有機発光材料はポリマー性であってもよい。第１および第２のエレクトロルミネセンス素子は共通の電位まで通電されてもよい。
【００３５】
第１および第２のエレクトロルミネセンス素子は異なる電位まで通電されてもよく、第２のエレクトロルミネセンス素子は第１のエレクトロルミネセンス素子よりも高い電位に通電される。一方または両方のエレクトロルミネセンス素子に印加される電位はパルス状であってもよく、第１のエレクトロルミネセンス素子はおそらく第２のエレクトロルミネセンス素子よりも長時間通電される。たとえば、第１のエレクトロルミネセンス素子は第２のエレクトロルミネセンス素子よりも高い周波数または広いパルス幅でパルスされてもよい。
【００３６】
第１のエレクトロルミネセンス素子は第２のエレクトロルミネセンス素子よりも大きな面積に光を発光するように構成されていてもよい。それぞれ最適効率で通電したときに、第１および第２のエレクトロルミネセンス素子の発光面積（Ａ1およびＡ2）の比が、第２および第１のエレクトロルミネセンス素子の輝度（Ｌ2およびＬ1）の比と、実質的に等しくてもよい（すなわちＡ1／Ａ2〜Ｌ2／Ｌ1）。
【００３７】
第１および第２の発光色は、赤、緑および青からなる群より選択される。この発光素子は、さらに、通電したときに第３の色の光を発光する第３のエレクトロルミネセンス素子を具備してもよく、最適効率で通電したときに第３のエレクトロルミネセンス素子は第１および第２のエレクトロルミネセンス素子の中間にある輝度で光を発光する。
【００３８】
本発明の第３の態様に係る発光デバイスを具備したグラフィックディスプレイであって、各々のエレクトロルミネセンス素子がグラフィック情報を表示する画素に対応するグラフィックディスプレイも提供される。
【００３９】
本発明の第４の態様によれば、通電したときに第１の色の光を発光する第１のエレクトロルミネセンス素子と、通電したときに第２の色の光を発光する第２のエレクトロルミネセンス素子とを具備し、各々を最適効率で通電したときに第１のエレクトロルミネセンス素子は第２のエレクトロルミネセンス素子よりも長い半減寿命を有する発光デバイスであって、両方のエレクトロルミネセンス素子を最適効率で通電したときに第２のエレクトロルミネセンス素子は第１のエレクトロルミネセンス素子よりも低い明るさで動作するように構成されていることを特徴とする発光デバイスが提供される。
【００４０】
本発明の第４の態様は、異なる半減寿命対効率特性を有する発光素子を最適効率で、かつデバイスの耐用寿命を増加させるように動作させる。
【００４１】
第１または第２のエレクトロルミネセンス素子は有機発光材料を含んでいてもよい。有機発光材料がポリマー性であってもよい。第１および第２のエレクトロルミネセンス素子は共通の電位まで通電されてもよい。
【００４２】
第１および第２のエレクトロルミネセンス素子は異なる電位まで通電されてもよく、第２のエレクトロルミネセンス素子は第１のエレクトロルミネセンス素子よりも高い電位に通電される。一方または両方のエレクトロルミネセンス素子に印加される電位はパルス状であってもよく、第１のエレクトロルミネセンス素子はおそらく第２のエレクトロルミネセンス素子よりも長時間通電される。たとえば、第２のエレクトロルミネセンス素子は短時間だけ通電されるが、第１のエレクトロルミネセンス素子は連続的に動作される。それぞれ最適効率で通電したときに、第１および第２のエレクトロルミネセンス素子に対する通電時間（ｔ1およびｔ2）の比は、第２および第１のエレクトロルミネセンス素子の半減寿命（Ｔ2およびＴ1）の比と、実質的に等しくてもよい（すなわちｔ1／ｔ2〜Ｔ2／Ｔ1）。
【００４３】
第１のエレクトロルミネセンス素子は第２のエレクトロルミネセンス素子よりも大きな面積に光を発光するように構成されていてもよい。それぞれ最適効率で通電したときに、第１および第２のエレクトロルミネセンス素子の発光面積（Ａ1およびＡ2）の比が、前記第２および第１のエレクトロルミネセンス素子の明るさ（Ｂ2およびＢ1）の比と、実質的に等してもよい（すなわちＡ1／Ａ2〜Ｂ2／Ｂ1）。
【００４４】
エレクトロルミネセンス素子から発光される光の第１および第２の色は、赤、緑および青からなる群より選択される。このデバイスは、さらに、通電したときに第３の色の光を発光する第３のエレクトロルミネセンス素子を具備していてもよく、最適効率で通電したときに第３のエレクトロルミネセンス素子は第１および第２のエレクトロルミネセンス素子の中間にある輝度で光を発光する。
【００４５】
本発明の第４の態様に係る発光デバイスを具備したグラフィックディスプレイであって、各々のエレクトロルミネセンス素子がグラフィック情報を表示する画素に対応するグラフィックディスプレイも提供される。
【００４６】
【発明の実施の形態】
添付の図面を参照して、本発明の実施形態を例として説明する。
ディスプレイの知覚される(perceived)明るさは下記のパラメータに依存する。
【００４７】
したがって、知覚される輝度は以下のものに依存する。
１．画素の面積比
２．画素のパルス幅比
３．画素の効率
４．画素の半減寿命、または効率が時間とともにどのように変化するか
５．画素へ供給される電流または電圧、すなわち駆動条件。
【００４８】
これら５つのパラメータのうち、効率および半減寿命はデバイス／材料の特性によって規定され変わることはない。しかし、他のパラメータは変わり得る。画素の面積比はディスプレイで変更しうるが、動作中は変えることができない。ある種のデバイス構成では共通のカソードおよびアノードを選択することができ、このことは異なる色をもつ画素にわたって同じ電圧をもたらすであろう。パルス幅比は動作中にドライバー回路によって変えることができる。表２には、知覚輝度、ディスプレイの寿命、ディスプレイの効率および共通の電圧を面積比およびパルス幅に対してどのように最適化することができるかの概要を示している。
【００４９】
したがって、理論的には、５つの異なる最適化された操作方式があり、これらは以下のようにまとめられる。
１．１ 等しい（知覚）輝度、異なる電圧、異なる効率、等しい半減寿命；
１．２ 等しい（知覚）輝度、等しい電圧、異なる効率、異なる半減寿命；
１．３ 等しい（知覚）輝度、異なる電圧、最適効率、等しい半減寿命；
１．４ 異なる（知覚）輝度、等しい電圧、異なる効率、等しい半減寿命；および
１．５ 異なる（知覚）輝度、異なる電圧、最適効率、等しい半減寿命。
【００５０】
１．１ 等しい輝度、異なる電圧、異なる効率、等しい半減寿命
理想的な三色ディスプレイでは全てのディスプレイ面積を画素に用いることができる。標準的なディスプレイでは、全ての画素は同じ面積を持ち、したがってディスプレイ面積の１／３を各々の色に利用できる。ディスプレイが各色についてたとえば１００ｃｄ／ｍ2の輝度を持っていなければならないのであれば、画素あたり３００ｃｄ／ｍ2の画素輝度が要求される。図５の例ではディスプレイの寿命は最も低い半減寿命によって支配され、この例では３３３時間である。全体的なディスプレイの寿命を、画素の面積を最適化することによって、８００時間まで増加させることができる。［図５の例では、初期輝度かける半減寿命が一定であると仮定している］。しかし、知覚される輝度を１００ｃｄ／ｍ2／（画素面積比）にするために、他の関係についても最適化することができる。図５から、青、緑および赤の画素に必要になる輝度の値は、同じ半減寿命を得るためには１２５、６２５および２５００ｃｄ／ｍ2である。したがって、相対的な画素面積は、Ａ（ｂｌｕｅ）：Ａ（ｇｒｅｅｎ）：Ａ（ｒｅｄ）＝１００／１２５：１００／６２５：１００／２５００すなわち０．８：０．１６：０．０４（１／３：１／３：１／３の代わりに）である。
【００５１】
１．２ 等しい輝度、等しい電圧、異なる効率、異なる半減寿命
いくつかのディスプレイ用途では共通の画素電圧が、たとえば共通のアノードおよびカソードの場合、たとえば安価なホワイトのバックライトを製造するために必要になる。たとえば、輝度−電圧曲線が図６に示されるようなものであると仮定する。全ての画素を４Ｖの同じ電圧で駆動することによって、各々の異なる色の画素は異なる輝度を持つであろう。均一な知覚輝度を得るためには３つのオプションを利用できる。
【００５２】
１．相対的な画素面積を最適化する。
知覚される明るさが各々の色で同じになるように相対的な画素面積を最適化することができる。
ＬＵＭperceived＝ＬＵＭpixel・相対画素面積。
【００５３】
均一な知覚輝度のためには、相対的な画素面積を、Ａ（ｂｌｕｅ）：Ａ（ｇｒｅｅｎ）：Ａ（ｒｅｄ）＝１／８５：１／２００：１／３６６６＝０．６９１：０．２９３：０．０１６にすべきであり（面積比の合計は１に等しくなくてはならないため）、各々の色について５８．７ｃｄ／ｍ2の知覚輝度となる。この解決策の短所は、各々の要求されるディスプレイに輝度について、他の画素面積比が要求されることである。次の解決策はこの問題を克服する。
【００５４】
２．画素の駆動時間を最適化する。
【００５５】
画素の輝度は画素の駆動パルス幅を調整することによっても制御できる。青、緑および赤の画素についてのパルス幅の比は、ポイント１と同じである。この解決策は、他のディスプレイの輝度が要求されれば、パルス幅を調整できるという長所がある。
【００５６】
３．駆動時間および画素面積の両方を最適化する。
【００５７】
上述した両方の解決策を組み合わせることができる。非常に類似したパルス幅となる適当な画素面積比を選択すること。このことは、高い周波数のパルスの必要性を回避するが、悪い性能および高いドライバーＩＣ設計と製造コストをもたらすことがある。
【００５８】
１．３ 等しい輝度、異なる電圧、最適効率、等しい半減寿命
ディスプレイを色あたり等しい輝度および最適効率に向けて最適化することもできる。この例では、パルス駆動によるパワーロスを無視している。図７からわかるように、各々の色は異なる輝度で最適効率を持っている。画素面積および／またはパルス幅を調整することによって知覚輝度を等しくすることができる。
【００５９】
１．相対的な画素面積を最適化する。
知覚される明るさを等しくするためには、画素面積比を輝度比の逆数すなわちＡ（ｂｌｕｅ）：Ａ（ｇｒｅｅｎ）：Ａ（ｒｅｄ）＝１／１００：１／７５：１／１０＝０．０８１：０．１０８：０．８１１にすべきである。このことは、知覚される輝度を８．１ｃｄ／ｍ2にするであろう。ＡＣ駆動は余分のパワーロスをもたらすけれども、パルス幅を変えることによって、最適効率でより低い輝度値を達成することができる。最適効率は、より高い輝度値に対しては達成できない。
【００６０】
１．４ 異なる輝度、等しい電圧、異なる効率、等しい半減寿命
いくつかの用途においては、異なる知覚輝度の異なる画素色が許容されることがある（たとえば通信用途）。画素面積比は、同じ画素電圧での半減寿命を等しくするために用いることはできない。これは、画素面積によって知覚輝度のみを変更できるにすぎないからである。全ての色に対して等しい電圧（たとえば４Ｖ）およびこれらの色に対して等しい寿命はパルス幅を変えることによって達成できる。この例では、図８に４Ｖでの異なる色に対する半減寿命をＴ1/2（ｒｅｄ）＝１００００時間、Ｔ1/2（ｇｒｅｅｎ）＝１２０時間、Ｔ1/2（ｂｌｕｅ）＝１０００時間と示している。半減寿命に逆比例してパルス幅を選ぶことによって、同じ寿命を達成できる。すなわち、幅（ｒｅｄ）：幅（ｇｒｅｅｎ）：幅（ｂｌｕｅ）＝１：０．０１２：０．１。画素の輝度は等しくなく、この例では以下の通りである。
Ｌｕｍ（ｒｅｄ）＝２００＊１＝２００ｃｄ／ｍ2；
Ｌｕｍ（ｇｒｅｅｎ）＝４０００＊０．０１２＝４８ｃｄ／ｍ2；および
Ｌｕｍ（ｂｌｕｅ）＝１００＊０．１＝１０ｃｄ／ｍ2。
【００６１】
１．５ 異なる輝度、異なる電圧、最適効率、等しい半減寿命
他の解決策は、パルス幅を最適化して全ての色に対して最大効率と全ての色に対して等しい半減寿命を達成することである。図９から、赤、緑および青に対する最適効率値（図７参照）での動作がそれぞれ５００００時間、１００００時間および２０００時間の半減寿命を与えることがわかる。等しい寿命を得るために画素をパルス駆動することができるが、もちろん異なる輝度をもたらす。この例では、幅（ｒｅｄ）：幅（ｇｒｅｅｎ）：幅（ｂｌｕｅ）＝１：０．２：０．０４のパルス幅比が５００００時間の全体的な半減寿命をもたらすであろうが、対応する輝度は以下の通りである。
Ｌｕｍ（ｒｅｄ）＝４０ｃｄ／ｍ2；
Ｌｕｍ（ｇｒｅｅｎ）＝１０ｃｄ／ｍ2；および
Ｌｕｍ（ｂｌｕｅ）＝２ｃｄ／ｍ2。
【００６２】
図１０は、本発明の少なくとも１つの態様を具体化した発光デバイス１２を組み込んだグラフィックディスプレイ１０の一部を示している。発光デバイス１２は、ポリマー系のエレクトロスミネセンス素子１４を含み、その第１（１４Ｒ）は通電したときに赤色の光を発光することができ、その第２（１４Ｂ）は通電したときに青色の光を発光することができ、その第３（１４Ｇ）は通電したときに緑色の光を発光することができる。素子１４は、図１のように、透明電極（図示せず）でコートされた透明基板１６上に設けられている。３つの異なる素子の有効寿命および電圧駆動特性を表１に示している。
【００６３】
「赤」の素子１４Ｒは中心に配置され、「緑」および「青」の素子１４Ｇ、１４Ｂはその周りに対照的に配置されている。このような同じ色の周辺素子は１つのものとして動作し、こうして色中心がデバイスの物理中心にあることを確実にする。この例では、デバイス１２において各々の素子によって覆われる面積の比はおよそ１／３赤：１緑：３青である。（必ずしも１．１または１．２に従って最適化する必要はないが、緑の素子の面積を最初に選択し、その後に赤および青の素子の面積をそれぞれ減少および増加させる）。デバイス中の異なる色の素子は共通の電位でまたは異なる電位で動作するように構成することができる。今度は各々のシナリオを採用する。
【００６４】
共通の電位
共通の電位（たとえばＶ1）では、通電したときに各々の素子から発光される光の明るさは色ごとに変わり、赤色発光素子で最大、青色発光素子で最低になるであろう。「緑」発光素子が「赤」および「青」発光素子による両極端の組の間になると想定すると図３からこうなる。しかし、３つの色から生じる光量はほぼ等しくなる。合計の発光は光が発光される面積にも依存するためである。各々の色で均一な発光を達成することはグラフィックディスプレイでは望ましい。「共通電位」の方法は、最高の明るさを持つ素子の面積に対比して最低の明るさを持つ素子の面積を増加させることによりこれを達成する。これは等しい面積の使用とは全く異なり、「青」の素子を「赤」の素子よりも高い電位で駆動させることによって明るさのバランスを達成する。図２に示されるように、有機エレクトロルミネセンス素子から発光される明るさが高いほど、耐用寿命が短い。こうして、電圧補償の代わりに、面積補償を用いて光出力のバランスを達成することによって、「青」の素子を「赤」の素子よりも低い明るさで動作させて耐用寿命を増すことができる（たとえば図２のｔ1からｔ2へ）。
【００６５】
異なる電位
「赤」、「緑」および「青」の素子の電圧駆動特性の間の不均衡を考慮して、「青」の素子を「赤」および「緑」の素子よりも高い電位で駆動することが望ましいかもしれない。しかし、「青」の素子を高い電位で駆動することは明るさを増加させ、有効寿命および耐用寿命を（増加させるよりもむしろ）減少させるであろう。このため、他の素子に対して等しい光出力を生じさせるけれども、実際の時間平均の明るさが低下し、それによって有効寿命を延ばすように、「青」の素子に対して電位をパルスすることが必要である。もちろん、全ての素子をパルス電位で駆動することもでき、この場合、望ましい効果は異なる素子を異なる仕方でパルスすることによって達成される。たとえば、同じ周波数でパルスするならば、図６に示されるように、パルス幅は「青」の素子よりも「赤」の素子で大きいであろう。このように、グラフィックディスプレイの耐用寿命を１．５Ｋ時間から４．５Ｋ時間へ増加させることができ、従来の方法で動作される青の素子の有効寿命を超える３倍の改善である。
【００６６】
【表１】
【００６７】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【図１】 当該分野で公知の有機発光デバイスの概略図。
【図２】 明るさが一定駆動条件で動作している図１のデバイスの耐用寿命にどのように影響するかを示す概略図。
【図３】 ２つの異なるエレクトロルミネセンス素子に関する明るさ対電圧の概略プロット。
【図４】 第１および第２の素子に関する効率対電流密度の概略プロット。
【図５】 赤、緑および青の色に関して画素の輝度の関数として画素の半減寿命を示すグラフ。
【図６】 赤、緑および青の発光ポリマーの画素に関して輝度対電圧曲線を示すグラフ。
【図７】 赤、緑および青の色に関して効率対輝度を示すグラフ。
【図８】 赤、緑および青の色に関して半減寿命対画素電圧を示すグラフ。
【図９】 赤、緑および青の色に関して半減寿命対効率を示すグラフ。
【図１０】 本発明を用いたグラフィックディスプレイの概略図。
【図１１】 図１０における「赤」および「緑」の素子を駆動するパルスを示す図。
【図１２】 異なる画素面積を達成する方法を概略的に示す図。
【図１３】 図１２において各画素の色に対して異なるエネルギーパルス幅を与える、考えられる駆動方式を示す図。
【発明の属する技術分野】
本発明は発光デバイス、具体的には電界発光デバイスおよびこのような素子を組み込んだディスプレイに関する。電界発光デバイスのための電界発光は、有機発光材料によってもたらされる（たとえば電界発光する半導体の共役ポリマーたとえばＰＰＶを記載している国際公開ＷＯ９０／１３１４８を参照のこと）。
【０００２】
【従来の技術】
背景技術として、図１に有機発光デバイス素子の典型的な断面構造を示す。この素子は、透明な第１電極（２）たとえばインジウム錫酸化物でコートされた基板（１）上に作製されている。コートされた基板は、少なくとも１層の電界発光有機材料の薄膜（３）および典型的には金属からなる第２電極（４）を形成する最終層でオーバーコートされている。（たとえばガラスまたはプラスチック材料からなる）透明基板を用いることによって、膜（３）中で発生した光が第１電極（２）を通して素子から出ることができる。
【０００３】
電界発光デバイスの性能は、過去数年にわたって急速に向上している。それらの高い性能のために、このデバイスは、単純なバックライトからグラフィックディスプレイたとえば数百万ピクセルからなることもあるテレビジョンスクリーン、コンピューターモニターおよびパームトップデバイスまで、広い範囲のディスプレイ用途に対する潜在能力を示している。しかし、ポリマー系を含む赤、緑および青の有機エレクトロルミネセンス系の有効寿命にはかなりの変動がある。本明細書の目的のためには、エレクトロルミネセンス素子の有効寿命とは、所定の駆動方式で動作したときに素子が少なくともディスプレー−モニターのレベルの明るさ（たとえば１００ｃｄ／ｍ2に設定される）を出すことができる最大時間と定義される。たとえば、赤色発光ポリマーを含むエレクトロルミネセンス素子は有効寿命が５ボルトで３００００時間であるが、青色発光ポリマーを含む素子は有効寿命が同じ電圧でわずかに１５００時間である（表１参照）。
【０００４】
有機発光材料の有効寿命における不均衡は重大である。というのは、このような材料を組み込んだディスプレイの使用寿命または耐用寿命の決定における１つの要因が、使用される様々なポリマーの最短の有効寿命によって支配されるためである。（他の要因は、色シフトを起こす劣化速度に関連している。色シフトは全体の色純度を減少させることがある、すなわち「ホワイト」が「オフホワイト」になり、かつディスプレイ中に不均一を生じさせる可能性もある）。したがって、グラフィックディスプレイの耐用寿命を改善する試みがなされてきた。たとえば、このようなディスプレイにおける「弱いリンク」すなわち比較的寿命の短い青色発光ポリマーの有効寿命をアップグレードさせる研究がなされてきた。また、経時的に最適性能を維持するために、複雑な駆動補償エレクトロニクスにおいて、センシング機構を使用するかまたは性能劣化の速度を予測することによって、デバイスの駆動電流を補うためのシステムが工夫されてきた。しかし、補償機構は複雑で高価な回路を必要とし、このことは利用可能な開口比に制限を課すこともある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、有機発光材料を組み込んだグラフィックディスプレイの耐用寿命を改善することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、通電したときに第１の色の光を発光する第１のエレクトロルミネセンス素子と、通電したときに第２の色の光を発光する第２のエレクトロルミネセンス素子とを具備し、前記第１のエレクトロルミネセンス素子は前記第２のエレクトロルミネセンス素子よりも長い有効寿命を有する発光デバイスであって、前記第２の素子は前記第１の素子よりも低い明るさで動作するように構成されていることを特徴とする発光デバイスが提供される。
【０００７】
ある物体から発光された光の明るさまたは輝度はカンデラ／平方メーターで評価することができ、目の感度に補正すると、発光された光の量（フォトン数）／秒／単位立体角／単位面積という単位である。瞬間的な明るさは、意図的であろうとなかろうと、ある時から別の時までに変わり得る。グラフィックディスプレイに用いる発光デバイスを考慮すると、瞬間的な明るさの変動はあまりにも速く起こるので、人間の目によっては検出することができない。したがって、本発明にとって重要な「明るさ」は、瞬間的な明るさにおける局所的または急速な変動をならして除くのに必要な程度に時間平均されている。
【０００８】
第１および第２のエレクトロルミネセンス素子は有機発光材料を含んでいてもよく、ポリマー材料たとえばＷＯ９０／１３１４８またはＷＯ９２／０３４９０において議論されているものでもよい。
【０００９】
本出願人は、有機発光材料を用いているデバイスの明るさと耐用寿命との関係が意味するものを認識している。この関係を概略的に図２に図示している。この図は、異なる有機発光材料を用いている２つのエレクトロルミネセンス素子たとえば赤色発光素子（Ｒ）および青色発光素子（Ｂ）（これらは異なる有効寿命を持つ）に関するものである。各々の関係は、比較的明るさが明るいと比較的耐用寿命が短い（その逆も同様である）ことを示していると要約することができる。両方の有機発光材料を連続的に同じレベルの明るさで動作させると、最も有効寿命の短い材料が最初に切れ（すなわちその有効寿命の終わりに達し）（この例では青が赤より前に切れる）、そのデバイスはｔ1で早目に切れたと判断されるであろう。しかし、最も有効寿命の短い材料を他の材料よりも低いレベルの明るさで連続的に動作させれば、デバイスの耐用寿命はｔ2まで延びるであろう。
【００１０】
第１のエレクトロルミネセンス素子の明るさ（Ｂ1）と第２のエレクトロルミネセンス素子の明るさ（Ｂ2）との比は、第１の素子の有効寿命（τ1）と第２の素子の有効寿命（τ2）との比と、実質的に等しいであろう（すなわちＢ1／Ｂ2＝τ1／τ2）。たとえば、２つの素子の有効寿命にあるオーダーの大きさの差がある（たとえば、第１の素子の有効寿命が３００００時間で、第２の素子の有効寿命が３０００時間である）と仮定してみよう。２つの素子が実質的に同じ時間で切れるべきなのであれば、第２の素子を第１の素子の明るさの１０分の１で動作させることが必要であろう。
【００１１】
第２の素子（有効寿命が短い）を第１の素子よりも低い明るさで動作させることには別の利点もある。連続的に動作させたとき、第１および第２の素子によって単位時間あたりに発光される光量は、時間とともに減少するかまたは減衰し、おそらく減衰速度は第２の素子で大きいであろう。したがって、両方の素子に通電させている発光デバイスの知覚色は時間とともに移り変わるであろう。これは、全体的な光出力に対する第２の素子による寄与がゆっくりと減少するためである。しかし、第２の素子を第１の素子よりも低い明るさで動作させることによって、単位時間あたりに発光される光量における減衰速度を遅らせる効果があるであろう。言い換えれば、第１および第２の素子による単位時間当りに発光される光量における減衰速度はより一様になるであろう。それゆえ、時間とともに知覚色が移り変わるという問題は緩和されるであろう。
【００１２】
第１および第２のエレクトロルミネセンス素子は、たとえば共通のカソードを用いて、共通の電位差まで通電されるであろう。明るさ（またはｃｄ／ｍ2の単位での輝度）と電圧の関係を概略的に図３に図示している。この図は、異なる材料を用いている２つのエレクトロルミネセンス素子たとえば赤色発光素子（ＲＥＤ）および青色発光素子（ＢＬＵＥ）（これらは異なる駆動電圧特性を持つ）に関するものである。実際に、赤色発光素子（ＲＥＤ）は青色発光素子（ＢＬＵＥ）よりも低い駆動電圧特性を持つ。このため、２つの素子を共通の電位（Ｖ1）で駆動することにより、赤色発光素子は青色発光素子よりも高い明るさで動作するであろう（Ｂ1＞Ｂ2）。したがって、デバイスの耐用寿命を延ばすという目標が共通の電位で動作させることによって達成できる。
【００１３】
代わりの実施形態では、第１および第２の素子を異なる電位まで通電してもよい。第２の素子は第１の素子よりも高い電位に通電されるであろう。図３を参照すると、青色発光素子（ＢＬＵＥ）をＶ2で駆動することによって、Ｂ2よりも高い明るさＢ3が生じるとあろう。もちろん、図３において性能特性が逆になっているか、またはＲＥＤおよびＢＬＵＥ曲線が駆動電位領域でクロスしているならば、第１の素子が第２の素子よりも高い電位に通電されるであろう。
【００１４】
第２の素子にパルス状に通電してもよい。パルスさせるのは、連続的にたとえば一定電位で動作させるのと比較して、時間平均の明るさを低下させるという効果がある。このため、青色発光素子（ＢＬＵＥ）を前よりも高い電位（Ｖ2＞Ｖ1）で動作させても、デバイスの耐用寿命はｔ1よりもまだ長くなるであろう。これは、発光素子が全時間の一部（たとえば１／１０未満）の間だけ通電されるにすぎないためである。第２の素子を５０Ｈｚを超える周波数で、おそらく１００Ｈｚでパルスさせることができる。より低い周波数でも時間平均の明るさを低下させる効果はあるが、いくつかの用途では目の応答関数よりも速い速度で応答させることが望ましいであろう。各パルスはおそらく２００ミリ秒間持続し、パルス間はおそらく２０ミリ秒であろう。
【００１５】
第１および第２の素子をパルスさせてもよい。このとき第１の素子の時間平均の明るさは第２の素子のそれよりも高い。このため、第１および第２の素子を共通の電位で動作させると、第１の素子は第２の素子よりも長時間通電されるであろう。このことは、第１の素子を第２の素子よりも高い周波数でパルスするかまたは第１の素子に対する各パルスの期間（パルス幅）を第２の素子に対するそれと比較して増加させることによって達成できる。両方の素子をパルスさせることは、パッシブマトリックス駆動のディスプレイに組み込まれた発光デバイスに有用であろう。
【００１６】
第２の素子を第１の素子よりも大きな面積に光を発光するように構成してもよい。発光面積における差は、同等の時間フレームにわたって、第１の素子からの合計光出力が第２の素子からのそれと実質的に等しくなるようなものであろう。たとえば、アクティベーション期間に差がないのであれば、第１の素子の発光面積（Ａ1）と第２の素子の発光面積（Ａ2）との比は、第２の素子の明るさ（Ｂ2）と第１の素子の明るさ（Ｂ1）との比と、実質的に等しいであろう（すなわちＡ1／Ａ2〜Ｂ2／Ｂ1）。第２の素子を第１の素子よりも低い時間平均明るさで動作させることにより、素子が同じサイズのものならば（アクティベーション期間を同じとして）、素子から観察者によって観察される光量は異なるであろう。これは、普通の目の制約条件（たとえばサンプリングおよび解像の要因）では、素子から受ける光量は時間平均明るさと光が発光されている面積との積に関連するためである。しかし、第２の素子のサイズを第１の素子と対比して増加させることによって、このような差をいくぶん相殺できるかまたは全体的に埋め合わせることもできる。
【００１７】
第１および第２のエレクトロルミネセンス素子の明るさを、第１および第２のエレクトロルミネセンス素子の半減寿命が実質的に等しくなるように選ぶこともできる。
【００１８】
２つのエレクトロルミネセンス素子に関する駆動条件は、材料の性質によって支配されることがある。図４は、それぞれ第１および第２のエレクトロルミネセンス素子中の赤色および青色発光素子に関して、効率対電流密度のプロットを示している。デバイスを最適効率で動作させるべきであるならば、第１のエレクトロルミネセンス素子を第１の電流密度σ1で動作させることが必要であり、一夫で第２のエレクトロルミネセンス素子を第２の電流密度σ2で動作させることが必要であろう（σ1＞σ2）。電流密度σ2は、たとえば第２の素子を第１の素子よりも高い電位で動作させることにより達成され、第２の素子をパルスすることによって低い明るさを達成する。
【００１９】
デバイスは、さらに、通電したときに第３の色の光を発光する第３のエレクトロルミネセンス素子を具備していてもよく、第３のエレクトロルミネセンス素子は第１および第２のエレクトロルミネセンス素子の中間にある有効寿命を持つ。全ての素子が有機発光材料を含んでいてもよく、ポリマー材料たとえばＷＯ９０／１３１４８またはＷＯ９２／０３４９０に開示されているものでもよい。全ての素子を共通の電位差まで、または異なる電位に通電してもよい。おそらく第２の素子が最高の電位で第１の素子が最低の電位であり、おそらく第２の素子がパルスされる。
【００２０】
第３のエレクトロルミネセンス素子は、第１の素子よりも大きいが、第２の素子よりも小さい面積に光を発光するように構成されていてもよい。このようにする理由もまた、単位時間あたりで望ましい合計光出力を達成するためである。このようにする効果は、第１の素子を犠牲にして第２の素子の耐用寿命を増加させるのと同じである。このことは、有限の基板を取り扱う場合、実用上は第３の素子の発光面積は標準化され、第１および第２の素子の面積はそれぞれ比較的小さいか比較的大きくなるためである。
【００２１】
本発明の第１の態様に係る発光デバイスを組み込んだグラフィックディスプレイであって、デバイス中の各々のエレクトロルミネセンス素子がグラフィック情報を表示する画素に対応するものも提供される。
【００２２】
本発明の第２の態様によれば、所定の電位まで通電したときに第１の明るさ（Ｂ1）の光を発光する第１のエレクトロルミネセンス素子と、所定の電位まで通電したときに第２の明るさの光を発光する第２（Ｂ2）のエレクトロルミネセンス素子とを具備し、第２の明るさが第１の明るさよりも低い発光デバイスであって、第１および第２のエレクトロルミネセンス素子を所定に電位に通電する手段を特徴とし、第２のエレクトロルミネセンス素子は第１のエレクトロルミネセンス素子よりも大きい発光面積を有することを特徴とする発光デバイスが提供される。
【００２３】
本発明の第２の態様は、単位時間に素子によって発光される合計の光の差を減らすという観点で、最も低い明るさを持つ素子の発光面積を最も高い明るさを持つ素子のそれに対比して増加させる。このような面積的な埋め合わせがないと、共通の電位で動作したときに、最も明るい素子（すなわち第１のエレクトロルミネセンス素子）は他の素子よりも多くの光を発光するであろう。
【００２４】
第１または第２のエレクトロルミネセンス素子は有機発光材料を含んでいてもよい。有機発光材料がポリマー性であってもよい。
【００２５】
通電手段は両方の素子に共通な少なくとも１つの電極を有していてもよい。たとえば、通電手段は、各々両方の素子に共通なアノードおよびカソードを有していてもよい。
【００２６】
両方のエレクトロルミネセンス素子に通電したときのいかなる所定の時間間隔においても、第１のエレクトロルミネセンス素子によって発光される合計の光は、第２のエレクトロルミネセンス素子によって発光される合計の光と、実質的に等しくてもよい。
【００２７】
第１の明るさ（Ｂ1）の第２の明るさ（Ｂ2）に対する比が、第２のエレクトロルミネセンス素子の発光面積（Ａ2）の第１のエレクトロルミネセンス素子の発光面積（Ａ1）に対する比と、実質的に等しくてもよい（すなわちＢ1／Ｂ2〜Ａ2／Ａ1）。
【００２８】
通電したときに前記第１および第２のエレクトロルミネセンス素子はそれぞれ第１および第２の色の光を発光してもよく、第１および第２の色は赤、緑および青からなる群より選択される。
【００２９】
この発光デバイスは、さらに、所定の電位まで通電したときに第３の明るさの光を発光する第３のエレクトロルミネセンス素子（第３の明るさは前記第１および第２の明るさの中間にある）と、第３のエレクトロルミネセンス素子を所定の電位まで通電する手段とを具備していてもよい。
【００３０】
第３のエレクトロルミネセンス素子は、第１の素子よりも大きく、第２の素子よりも小さい発光面積を有していてもよい。
【００３１】
第２の態様に係る発光デバイスを具備したグラフィックディスプレイであって、各々のエレクトロルミネセンス素子がグラフィック情報を表示する画素に対応するグラフィックディスプレイを提供することができる。
【００３２】
本発明の第３の態様によれば、通電したときに第１の色の光を発光する第１のエレクトロルミネセンス素子と、通電したときに第２の色の光を発光する第２のエレクトロルミネセンス素子とを具備し、各々を最適効率で通電したときに第１のエレクトロルミネセンス素子は第２のエレクトロルミネセンス素子よりも低い輝度で光を発光する発光デバイスであって、両方のエレクトロルミネセンス素子を最適効率で通電したときに前記第１および第２のエレクトロルミネセンス素子は同じ知覚の明るさで動作するように構成されていることを特徴とする発光デバイスが提供される。
【００３３】
本発明の第３の態様は、異なる輝度対効率特性を有する発光素子を最適効率で動作させ、同時に各素子からの光出力の均一性を達成する。このような発光素子は、寿命が問題ではない（ある種の「使い捨て」用途によくあるケースである）場合に貴重である。
【００３４】
第１または第２のエレクトロルミネセンス素子は有機発光材料を含んでいてもよい。有機発光材料はポリマー性であってもよい。第１および第２のエレクトロルミネセンス素子は共通の電位まで通電されてもよい。
【００３５】
第１および第２のエレクトロルミネセンス素子は異なる電位まで通電されてもよく、第２のエレクトロルミネセンス素子は第１のエレクトロルミネセンス素子よりも高い電位に通電される。一方または両方のエレクトロルミネセンス素子に印加される電位はパルス状であってもよく、第１のエレクトロルミネセンス素子はおそらく第２のエレクトロルミネセンス素子よりも長時間通電される。たとえば、第１のエレクトロルミネセンス素子は第２のエレクトロルミネセンス素子よりも高い周波数または広いパルス幅でパルスされてもよい。
【００３６】
第１のエレクトロルミネセンス素子は第２のエレクトロルミネセンス素子よりも大きな面積に光を発光するように構成されていてもよい。それぞれ最適効率で通電したときに、第１および第２のエレクトロルミネセンス素子の発光面積（Ａ1およびＡ2）の比が、第２および第１のエレクトロルミネセンス素子の輝度（Ｌ2およびＬ1）の比と、実質的に等しくてもよい（すなわちＡ1／Ａ2〜Ｌ2／Ｌ1）。
【００３７】
第１および第２の発光色は、赤、緑および青からなる群より選択される。この発光素子は、さらに、通電したときに第３の色の光を発光する第３のエレクトロルミネセンス素子を具備してもよく、最適効率で通電したときに第３のエレクトロルミネセンス素子は第１および第２のエレクトロルミネセンス素子の中間にある輝度で光を発光する。
【００３８】
本発明の第３の態様に係る発光デバイスを具備したグラフィックディスプレイであって、各々のエレクトロルミネセンス素子がグラフィック情報を表示する画素に対応するグラフィックディスプレイも提供される。
【００３９】
本発明の第４の態様によれば、通電したときに第１の色の光を発光する第１のエレクトロルミネセンス素子と、通電したときに第２の色の光を発光する第２のエレクトロルミネセンス素子とを具備し、各々を最適効率で通電したときに第１のエレクトロルミネセンス素子は第２のエレクトロルミネセンス素子よりも長い半減寿命を有する発光デバイスであって、両方のエレクトロルミネセンス素子を最適効率で通電したときに第２のエレクトロルミネセンス素子は第１のエレクトロルミネセンス素子よりも低い明るさで動作するように構成されていることを特徴とする発光デバイスが提供される。
【００４０】
本発明の第４の態様は、異なる半減寿命対効率特性を有する発光素子を最適効率で、かつデバイスの耐用寿命を増加させるように動作させる。
【００４１】
第１または第２のエレクトロルミネセンス素子は有機発光材料を含んでいてもよい。有機発光材料がポリマー性であってもよい。第１および第２のエレクトロルミネセンス素子は共通の電位まで通電されてもよい。
【００４２】
第１および第２のエレクトロルミネセンス素子は異なる電位まで通電されてもよく、第２のエレクトロルミネセンス素子は第１のエレクトロルミネセンス素子よりも高い電位に通電される。一方または両方のエレクトロルミネセンス素子に印加される電位はパルス状であってもよく、第１のエレクトロルミネセンス素子はおそらく第２のエレクトロルミネセンス素子よりも長時間通電される。たとえば、第２のエレクトロルミネセンス素子は短時間だけ通電されるが、第１のエレクトロルミネセンス素子は連続的に動作される。それぞれ最適効率で通電したときに、第１および第２のエレクトロルミネセンス素子に対する通電時間（ｔ1およびｔ2）の比は、第２および第１のエレクトロルミネセンス素子の半減寿命（Ｔ2およびＴ1）の比と、実質的に等しくてもよい（すなわちｔ1／ｔ2〜Ｔ2／Ｔ1）。
【００４３】
第１のエレクトロルミネセンス素子は第２のエレクトロルミネセンス素子よりも大きな面積に光を発光するように構成されていてもよい。それぞれ最適効率で通電したときに、第１および第２のエレクトロルミネセンス素子の発光面積（Ａ1およびＡ2）の比が、前記第２および第１のエレクトロルミネセンス素子の明るさ（Ｂ2およびＢ1）の比と、実質的に等してもよい（すなわちＡ1／Ａ2〜Ｂ2／Ｂ1）。
【００４４】
エレクトロルミネセンス素子から発光される光の第１および第２の色は、赤、緑および青からなる群より選択される。このデバイスは、さらに、通電したときに第３の色の光を発光する第３のエレクトロルミネセンス素子を具備していてもよく、最適効率で通電したときに第３のエレクトロルミネセンス素子は第１および第２のエレクトロルミネセンス素子の中間にある輝度で光を発光する。
【００４５】
本発明の第４の態様に係る発光デバイスを具備したグラフィックディスプレイであって、各々のエレクトロルミネセンス素子がグラフィック情報を表示する画素に対応するグラフィックディスプレイも提供される。
【００４６】
【発明の実施の形態】
添付の図面を参照して、本発明の実施形態を例として説明する。
ディスプレイの知覚される(perceived)明るさは下記のパラメータに依存する。
したがって、知覚される輝度は以下のものに依存する。
１．画素の面積比
２．画素のパルス幅比
３．画素の効率
４．画素の半減寿命、または効率が時間とともにどのように変化するか
５．画素へ供給される電流または電圧、すなわち駆動条件。
【００４８】
これら５つのパラメータのうち、効率および半減寿命はデバイス／材料の特性によって規定され変わることはない。しかし、他のパラメータは変わり得る。画素の面積比はディスプレイで変更しうるが、動作中は変えることができない。ある種のデバイス構成では共通のカソードおよびアノードを選択することができ、このことは異なる色をもつ画素にわたって同じ電圧をもたらすであろう。パルス幅比は動作中にドライバー回路によって変えることができる。表２には、知覚輝度、ディスプレイの寿命、ディスプレイの効率および共通の電圧を面積比およびパルス幅に対してどのように最適化することができるかの概要を示している。
【００４９】
したがって、理論的には、５つの異なる最適化された操作方式があり、これらは以下のようにまとめられる。
１．１ 等しい（知覚）輝度、異なる電圧、異なる効率、等しい半減寿命；
１．２ 等しい（知覚）輝度、等しい電圧、異なる効率、異なる半減寿命；
１．３ 等しい（知覚）輝度、異なる電圧、最適効率、等しい半減寿命；
１．４ 異なる（知覚）輝度、等しい電圧、異なる効率、等しい半減寿命；および
１．５ 異なる（知覚）輝度、異なる電圧、最適効率、等しい半減寿命。
【００５０】
１．１ 等しい輝度、異なる電圧、異なる効率、等しい半減寿命
理想的な三色ディスプレイでは全てのディスプレイ面積を画素に用いることができる。標準的なディスプレイでは、全ての画素は同じ面積を持ち、したがってディスプレイ面積の１／３を各々の色に利用できる。ディスプレイが各色についてたとえば１００ｃｄ／ｍ2の輝度を持っていなければならないのであれば、画素あたり３００ｃｄ／ｍ2の画素輝度が要求される。図５の例ではディスプレイの寿命は最も低い半減寿命によって支配され、この例では３３３時間である。全体的なディスプレイの寿命を、画素の面積を最適化することによって、８００時間まで増加させることができる。［図５の例では、初期輝度かける半減寿命が一定であると仮定している］。しかし、知覚される輝度を１００ｃｄ／ｍ2／（画素面積比）にするために、他の関係についても最適化することができる。図５から、青、緑および赤の画素に必要になる輝度の値は、同じ半減寿命を得るためには１２５、６２５および２５００ｃｄ／ｍ2である。したがって、相対的な画素面積は、Ａ（ｂｌｕｅ）：Ａ（ｇｒｅｅｎ）：Ａ（ｒｅｄ）＝１００／１２５：１００／６２５：１００／２５００すなわち０．８：０．１６：０．０４（１／３：１／３：１／３の代わりに）である。
【００５１】
１．２ 等しい輝度、等しい電圧、異なる効率、異なる半減寿命
いくつかのディスプレイ用途では共通の画素電圧が、たとえば共通のアノードおよびカソードの場合、たとえば安価なホワイトのバックライトを製造するために必要になる。たとえば、輝度−電圧曲線が図６に示されるようなものであると仮定する。全ての画素を４Ｖの同じ電圧で駆動することによって、各々の異なる色の画素は異なる輝度を持つであろう。均一な知覚輝度を得るためには３つのオプションを利用できる。
【００５２】
１．相対的な画素面積を最適化する。
知覚される明るさが各々の色で同じになるように相対的な画素面積を最適化することができる。
ＬＵＭperceived＝ＬＵＭpixel・相対画素面積。
【００５３】
均一な知覚輝度のためには、相対的な画素面積を、Ａ（ｂｌｕｅ）：Ａ（ｇｒｅｅｎ）：Ａ（ｒｅｄ）＝１／８５：１／２００：１／３６６６＝０．６９１：０．２９３：０．０１６にすべきであり（面積比の合計は１に等しくなくてはならないため）、各々の色について５８．７ｃｄ／ｍ2の知覚輝度となる。この解決策の短所は、各々の要求されるディスプレイに輝度について、他の画素面積比が要求されることである。次の解決策はこの問題を克服する。
【００５４】
２．画素の駆動時間を最適化する。
【００５５】
画素の輝度は画素の駆動パルス幅を調整することによっても制御できる。青、緑および赤の画素についてのパルス幅の比は、ポイント１と同じである。この解決策は、他のディスプレイの輝度が要求されれば、パルス幅を調整できるという長所がある。
【００５６】
３．駆動時間および画素面積の両方を最適化する。
【００５７】
上述した両方の解決策を組み合わせることができる。非常に類似したパルス幅となる適当な画素面積比を選択すること。このことは、高い周波数のパルスの必要性を回避するが、悪い性能および高いドライバーＩＣ設計と製造コストをもたらすことがある。
【００５８】
１．３ 等しい輝度、異なる電圧、最適効率、等しい半減寿命
ディスプレイを色あたり等しい輝度および最適効率に向けて最適化することもできる。この例では、パルス駆動によるパワーロスを無視している。図７からわかるように、各々の色は異なる輝度で最適効率を持っている。画素面積および／またはパルス幅を調整することによって知覚輝度を等しくすることができる。
【００５９】
１．相対的な画素面積を最適化する。
知覚される明るさを等しくするためには、画素面積比を輝度比の逆数すなわちＡ（ｂｌｕｅ）：Ａ（ｇｒｅｅｎ）：Ａ（ｒｅｄ）＝１／１００：１／７５：１／１０＝０．０８１：０．１０８：０．８１１にすべきである。このことは、知覚される輝度を８．１ｃｄ／ｍ2にするであろう。ＡＣ駆動は余分のパワーロスをもたらすけれども、パルス幅を変えることによって、最適効率でより低い輝度値を達成することができる。最適効率は、より高い輝度値に対しては達成できない。
【００６０】
１．４ 異なる輝度、等しい電圧、異なる効率、等しい半減寿命
いくつかの用途においては、異なる知覚輝度の異なる画素色が許容されることがある（たとえば通信用途）。画素面積比は、同じ画素電圧での半減寿命を等しくするために用いることはできない。これは、画素面積によって知覚輝度のみを変更できるにすぎないからである。全ての色に対して等しい電圧（たとえば４Ｖ）およびこれらの色に対して等しい寿命はパルス幅を変えることによって達成できる。この例では、図８に４Ｖでの異なる色に対する半減寿命をＴ1/2（ｒｅｄ）＝１００００時間、Ｔ1/2（ｇｒｅｅｎ）＝１２０時間、Ｔ1/2（ｂｌｕｅ）＝１０００時間と示している。半減寿命に逆比例してパルス幅を選ぶことによって、同じ寿命を達成できる。すなわち、幅（ｒｅｄ）：幅（ｇｒｅｅｎ）：幅（ｂｌｕｅ）＝１：０．０１２：０．１。画素の輝度は等しくなく、この例では以下の通りである。
Ｌｕｍ（ｒｅｄ）＝２００＊１＝２００ｃｄ／ｍ2；
Ｌｕｍ（ｇｒｅｅｎ）＝４０００＊０．０１２＝４８ｃｄ／ｍ2；および
Ｌｕｍ（ｂｌｕｅ）＝１００＊０．１＝１０ｃｄ／ｍ2。
【００６１】
１．５ 異なる輝度、異なる電圧、最適効率、等しい半減寿命
他の解決策は、パルス幅を最適化して全ての色に対して最大効率と全ての色に対して等しい半減寿命を達成することである。図９から、赤、緑および青に対する最適効率値（図７参照）での動作がそれぞれ５００００時間、１００００時間および２０００時間の半減寿命を与えることがわかる。等しい寿命を得るために画素をパルス駆動することができるが、もちろん異なる輝度をもたらす。この例では、幅（ｒｅｄ）：幅（ｇｒｅｅｎ）：幅（ｂｌｕｅ）＝１：０．２：０．０４のパルス幅比が５００００時間の全体的な半減寿命をもたらすであろうが、対応する輝度は以下の通りである。
Ｌｕｍ（ｒｅｄ）＝４０ｃｄ／ｍ2；
Ｌｕｍ（ｇｒｅｅｎ）＝１０ｃｄ／ｍ2；および
Ｌｕｍ（ｂｌｕｅ）＝２ｃｄ／ｍ2。
【００６２】
図１０は、本発明の少なくとも１つの態様を具体化した発光デバイス１２を組み込んだグラフィックディスプレイ１０の一部を示している。発光デバイス１２は、ポリマー系のエレクトロスミネセンス素子１４を含み、その第１（１４Ｒ）は通電したときに赤色の光を発光することができ、その第２（１４Ｂ）は通電したときに青色の光を発光することができ、その第３（１４Ｇ）は通電したときに緑色の光を発光することができる。素子１４は、図１のように、透明電極（図示せず）でコートされた透明基板１６上に設けられている。３つの異なる素子の有効寿命および電圧駆動特性を表１に示している。
【００６３】
「赤」の素子１４Ｒは中心に配置され、「緑」および「青」の素子１４Ｇ、１４Ｂはその周りに対照的に配置されている。このような同じ色の周辺素子は１つのものとして動作し、こうして色中心がデバイスの物理中心にあることを確実にする。この例では、デバイス１２において各々の素子によって覆われる面積の比はおよそ１／３赤：１緑：３青である。（必ずしも１．１または１．２に従って最適化する必要はないが、緑の素子の面積を最初に選択し、その後に赤および青の素子の面積をそれぞれ減少および増加させる）。デバイス中の異なる色の素子は共通の電位でまたは異なる電位で動作するように構成することができる。今度は各々のシナリオを採用する。
【００６４】
共通の電位
共通の電位（たとえばＶ1）では、通電したときに各々の素子から発光される光の明るさは色ごとに変わり、赤色発光素子で最大、青色発光素子で最低になるであろう。「緑」発光素子が「赤」および「青」発光素子による両極端の組の間になると想定すると図３からこうなる。しかし、３つの色から生じる光量はほぼ等しくなる。合計の発光は光が発光される面積にも依存するためである。各々の色で均一な発光を達成することはグラフィックディスプレイでは望ましい。「共通電位」の方法は、最高の明るさを持つ素子の面積に対比して最低の明るさを持つ素子の面積を増加させることによりこれを達成する。これは等しい面積の使用とは全く異なり、「青」の素子を「赤」の素子よりも高い電位で駆動させることによって明るさのバランスを達成する。図２に示されるように、有機エレクトロルミネセンス素子から発光される明るさが高いほど、耐用寿命が短い。こうして、電圧補償の代わりに、面積補償を用いて光出力のバランスを達成することによって、「青」の素子を「赤」の素子よりも低い明るさで動作させて耐用寿命を増すことができる（たとえば図２のｔ1からｔ2へ）。
【００６５】
異なる電位
「赤」、「緑」および「青」の素子の電圧駆動特性の間の不均衡を考慮して、「青」の素子を「赤」および「緑」の素子よりも高い電位で駆動することが望ましいかもしれない。しかし、「青」の素子を高い電位で駆動することは明るさを増加させ、有効寿命および耐用寿命を（増加させるよりもむしろ）減少させるであろう。このため、他の素子に対して等しい光出力を生じさせるけれども、実際の時間平均の明るさが低下し、それによって有効寿命を延ばすように、「青」の素子に対して電位をパルスすることが必要である。もちろん、全ての素子をパルス電位で駆動することもでき、この場合、望ましい効果は異なる素子を異なる仕方でパルスすることによって達成される。たとえば、同じ周波数でパルスするならば、図６に示されるように、パルス幅は「青」の素子よりも「赤」の素子で大きいであろう。このように、グラフィックディスプレイの耐用寿命を１．５Ｋ時間から４．５Ｋ時間へ増加させることができ、従来の方法で動作される青の素子の有効寿命を超える３倍の改善である。
【００６６】
【表１】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【図１】 当該分野で公知の有機発光デバイスの概略図。
【図２】 明るさが一定駆動条件で動作している図１のデバイスの耐用寿命にどのように影響するかを示す概略図。
【図３】 ２つの異なるエレクトロルミネセンス素子に関する明るさ対電圧の概略プロット。
【図４】 第１および第２の素子に関する効率対電流密度の概略プロット。
【図５】 赤、緑および青の色に関して画素の輝度の関数として画素の半減寿命を示すグラフ。
【図６】 赤、緑および青の発光ポリマーの画素に関して輝度対電圧曲線を示すグラフ。
【図７】 赤、緑および青の色に関して効率対輝度を示すグラフ。
【図８】 赤、緑および青の色に関して半減寿命対画素電圧を示すグラフ。
【図９】 赤、緑および青の色に関して半減寿命対効率を示すグラフ。
【図１０】 本発明を用いたグラフィックディスプレイの概略図。
【図１１】 図１０における「赤」および「緑」の素子を駆動するパルスを示す図。
【図１２】 異なる画素面積を達成する方法を概略的に示す図。
【図１３】 図１２において各画素の色に対して異なるエネルギーパルス幅を与える、考えられる駆動方式を示す図。
Claims (16)
- 通電したときに第１の色の光を発光する第１のエレクトロルミネセンス素子と、通電したときに第２の色の光を発光する第２のエレクトロルミネセンス素子とを具備し、前記第１のエレクトロルミネセンス素子は前記第２のエレクトロルミネセンス素子よりも長い有効寿命を有する発光デバイスで、前記第２のエレクトロルミネセンス素子は前記第１のエレクトロルミネセンス素子よりも低い明るさで動作するように構成され、かつ前記第２のエレクトロルミネセンス素子は前記第１のエレクトロルミネセンス素子よりも大きな面積に光を発光するように構成され、一方又は両方の前記エレクトロルミネセンス素子に印加される電位はパルス状であり、前記第１のエレクトロルミネセンス素子は前記第２のエレクトロルミネセンス素子よりも長時間通電される発光デバイス。
- 前記第１または第２のエレクトロルミネセンス素子は有機発光材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
- 前記有機発光材料がポリマー性であることを特徴とする請求項２に記載の発光デバイス。
- 前記第１および第２のエレクトロルミネセンス素子は共通の電位まで通電されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の発光デバイス。
- 前記共通の電位は両方の素子に共通な電極を通して印加されることを特徴とする請求項４に記載の発光デバイス。
- 前記共通の電位はアノードと両方の素子に共通なカソードとの間で印加されることを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
- 前記第１および第２のエレクトロルミネセンス素子は異なる電位まで通電されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の発光デバイス。
- 前記第２のエレクトロルミネセンス素子は前記第１のエレクトロルミネセンス素子よりも高い電位に通電されることを特徴とする請求項７に記載の発光デバイス。
- 前記第１のエレクトロルミネセンス素子は前記第２のエレクトロルミネセンス素子よりも高い周波数または広いパルス幅でパルスされることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の発光デバイス。
- 所定の期間にわたって、前記第１および第２のエレクトロルミネセンス素子に対する通電時間の比が、前記第２および第１のエレクトロルミネセンス素子の寿命の比と、それぞれ実質的に等しいことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の発光デバイス。
- 前記第１および第２の発光色が、赤、緑および青からなる群より選択されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の発光デバイス。
- 前記第１のエレクトロルミネセンス素子の明るさと前記第２のエレクトロルミネセンス素子の明るさとの比が、前記第１のエレクトロルミネセンス素子の有効寿命と前記第２のエレクトロルミネセンス素子の有効寿命との比と、実質的に等しいことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の発光デバイス。
- さらに、通電したときに第３の色の光を発光する第３のエレクトロルミネセンス素子を具備し、前記第３のエレクトロルミネセンス素子は前記第１および第２のエレクトロルミネセンス素子の中間にある有効寿命を有することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかに記載の発光デバイス。
- 前記第３のエレクトロルミネセンス素子を前記第１のエレクトロルミネセンス素子と同じ電位まで通電することを特徴とする請求項１３に記載の発光デバイス。
- 前記第３のエレクトロルミネセンス素子は、前記第１のエレクトロルミネセンス素子よりも大きいが、前記第２のエレクトロルミネセンス素子よりも小さい面積に光を発光するように構成されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の発光デバイス。
- 請求項１ないし１５のいずれかに記載の発光デバイスを具備したグラフィックディスプレイであって、各々のエレクトロルミネセンス素子がグラフィック情報を表示する画素に対応することを特徴とするグラフィックディスプレイ。
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