JP4557330B2

JP4557330B2 - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JP4557330B2
Application number: JP10940399A
Authority: JP
Inventors: 守光若林; 肇山本; 滋福本; 哲也丹保
Original assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2019-04-16
Also published as: JP2000299192A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、平面光源やディスプレイ、その他所定のパターン等の発光表示に用いられる有機ＥＬ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機ＥＬ（エレクトルミネッセンス）素子は、透明な基板に透光性のＩＴＯ膜を一面に形成し、所定のストライプ状等の形状になるようにエッチングして透明電極を形成し、さらにこの透明電極の表面に発光層を形成している。この発光層は、有機ＥＬ材料であり、α−ＮＰＤやトリフェニルジアミン誘導体（ＴＰＤ）等のホール輸送材料を設け、その上に発光材料であるアルミキノリール錯体（Ａｌｑ_３）等の電子輸送材料、さらに各種発光材料を積層したものや、これらの混合層からなる。そしてこの発光層の表面で、透明電極と直交する方向に、Ａｌ，Ｌｉ，Ａｇ，Ｍｇ，Ｉｎ等の金属からなるストライプ状の背面電極が透明電極と対向するように設けられ、発光部を形成している。そして発光部において、透明電極と背面電極間に電圧を印加し、これら各電極が形成するストライプの交点で発光する、いわゆる単純マトリックスタイプの発光装置が一般的であった。
【０００３】
このような有機ＥＬ素子の駆動方法は、ＩＴＯの抵抗値がＡｌ−Ｌｉよりも高いので、Ａｌ−Ｌｉの背面電極側を走査電極として、ＩＴＯの透明電極側では並列に信号を出す線順次走査法が用いられ、例えば１秒間に３０画面を表示するものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のＥＬ素子の単純マトリックス駆動の場合、微細な表示を行うためのものや大画面化した場合、ドット数を多くする必要があるため背面電極のストライプ数が多くなり、１ライン当たりの発光時間が短くなってしまい画面が暗くなるものであった。ここで例えば、画面の周期を１／３０秒、走査する背面電極の本数をｎとすると、透明電極は並列に駆動されるので、背面電極との交点での点灯時間は１／（３０・ｎ）秒である。実験的には、走査する背面電極の本数が１２８を超えると、１発光素子あたりの発光時間が短く、画像が暗く質が悪くなってしまうものであった。
【０００５】
また、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いた駆動回路を利用することにより上記問題点は解決され得るが、ＴＦＴは高価であり、ＥＬ素子を利用した表示装置の価格も高くなってしまうものであった。そこで、本願出願人は、画面分割した駆動方法を提案しているが、分割画面を並列駆動するための引き出し線が多くなり配線が複雑になるとともに、駆動ＩＣ等の部品も増えるという問題があった。
【０００６】
この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で安価に製造可能であり、明るく高品質な発光表示を可能にする有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の有機ＥＬ素子は、ガラスや石英、樹脂等の透明基板の表面にＩＴＯやＳｎＯ_２等の透明な電極材料により形成された透明電極と、上記透明電極に積層された有機ＥＬ材料からなる発光層と、この発光層に積層され、上記透明電極に対向して単位発光画素毎に形成された背面電極とを有した有機ＥＬ素子であって、上記単位発光画素毎の各背面電極が、各々カルコゲン化物ガラスよりなるサイリスタ特性を有する素子に接続され、上記透明電極層の表面にはバッファー層が形成され、このバッファー層の立ち上がり電位と上記発光層の発光電位を合わせた電位が、上記サイリスタ特性を有する素子の動作電位に設定されている有機ＥＬ素子である
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１〜図４はこの発明の有機ＥＬ素子の一実施形態を示すもので、この実施形態のＥＬ素子１０は、ガラスや石英、樹脂等の透明基板の一方の表面に、必要に応じてＳｉＯ_２等の透明絶縁体層を介して、全面に透明電極層が設けられているものである。透明電極は、ＩＴＯやＳｎＯ_２等からなり、１０００〜２０００Åの厚さに形成されている。
【０００９】
透明電極層の表面には、必要に応じて設けられた銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）等のバッファー層が形成されている。バッファー層は、２０００〜２５００Åの厚さに形成されている。このバッフファ層を通常の厚さよりも厚く積層して、立ち上がり電位を５Ｖ程度に高め、耐電圧及び信頼性を高めている。そして、この有機ＥＬ素子の動作電位を１０Ｖ程度とし、１００カンデラ程度の明るさにすることによって、後述するサイリスタ素子と動作レベルをあわせやすくしている。
【００１０】
そしてこのバッファー層に、発光層１２が積層されている。発光層１２は、５００Å程度の厚さのホール輸送材料、及び５００Å程度の厚さの電子輸送材料からなる。ホール輸送材料は、透明電極およびその間に露出した透明絶縁体層等の全面に積層されている。
【００１１】
ここで、発光層１２は、ホール輸送材料としては、α−ＮＰＤ、トリフェニルジアミン誘導体（ＴＰＤ）、ヒドラゾン誘導体、アリールアミン誘導体等がある。また、電子輸送材料の赤色発光材料としてはＤＣＭ、青色発光材料としては、ジスチリルビフェニル誘導体（ＤＰＶＢｉ）、緑色発光材料としてはアルミキノリール錯体（Ａｌｑ_３）等の有機ＥＬ発光材料を使用する。さらに適宜の発光材料を混合しても良い。
【００１２】
発光層１２の電子輸送材料には、透明電極層と対向し、この有機ＥＬ素子１０の各発光画素１０ａ毎に独立して設けられた背面電極が積層されている。背面電極は、Ａｌ，Ｌｉ，Ａｇ，Ｍｇ，Ｉｎ，Ｃｓ等を含む金属薄膜からなり、各発光画素１０ａ毎に開口したマスクを用いた真空蒸着等により形成されたものである。そして、背面電極は、各発光画素１０ａ毎に開口した絶縁層により覆われている。この絶縁層はＳｉＯ等を、１０００Å程度に厚さに積層したものである。
【００１３】
発光層１２上の背面電極は、ガラスやセラミックスその他絶縁性の絶縁基板１４と対面している。絶縁基板１４の背面電極側には、図１，図２に示すように、各発光画素１０ａ毎に形成されたサイリスタ素子２０に接続されている。サイリスタ素子２０には、Ｃｒ−ＳｉＯ等の材料を付着して各発光画素１０ａ毎に２５０ないし５００ｋΩ程度の抵抗値となるように抵抗体１８が各々接続して形成されている。さらに、図面上でＸ方向に絶縁基板１４の表面で、互いに離間して複数列形成されたＸ方向導体２４が形成されている。Ｘ方向導体２４は、Ａｌ等をマスク蒸着とエッチング等により形成され、各発光画素１０ａ毎に舌片状部２２が一体に形成されている。その上に、舌片状部２２の中央部が開口し、さらに、抵抗体１８の端部にも開口した絶縁層２８がＳｉＯ_２等により形成されている。この舌片状部２２の絶縁層２８の開口部には、サイリスタ素子２０を構成するカルコゲン化物ガラス層２６が１μｍ程度の厚さに形成されている。さらに、カルコゲン化物ガラス層２６には、導電性の背面電極接続部３０がＡｌ等で形成されている。
【００１４】
また、Ｘ方向導体２４と直交する方向にＹ方向導体３２が形成されている。Ｙ方向導体３２は、Ｘ方向導体２４と絶縁層２８を介して交差しており、抵抗体１８の他方の端部と接続している。さらに、絶縁層２８の抵抗体１８の一端部と絶縁層２８の開口部を介して接続するとともに、カルコゲン化物ガラス２６に接続するＡｌ等の導体３４を蒸着とエッチング等で形成する。そして、抵抗体１８等を覆うとともに背面電極接続部３０が露出するように開口したＳｉＯ_２等の絶縁層３８が形成されている。
【００１５】
このサイリスタ素子２０を有した絶縁基板１４は、透明基板に形成された各発光画素１０ａ毎の背面電極に背面電極接続部３０が対応するようにして、厚み方向に導電性を有する異方性導電体を介して透明基板と接続する。そして、透明基板の周囲を密封し、接着時に真空引きして発光部を密閉する。これにより、各発光画素１０ａ毎に背面電極とサイリスタ素子２０が接続する。
【００１６】
次に、この実施形態の有機ＥＬ素子の駆動方法について説明する。ここで、発光層１２は５Ｖで発光し、１０Ｖで１５０ｃｄ／ｍ^２程度の明るさを有し、０．３３ｍｍ角の抵抗値が約５００ｋΩのものである。サイリスタ素子２０のカルコゲン化物ガラスは、例えば、Ａｓ３０：Ｔｅ４８：Ｇｅ１０：Ｓｉ１２の比率のものである。この素子のスレッシホールド電圧は、１５Ｖである。ＯＮ抵抗１ｋΩ以下、ＯＦＦ時は１０ＭΩ以上のものである。抵抗体１８は、２５０ｋΩ。また、走査電極となるＸ方向導体２４には、−３０Ｖが１μｓ、−１０Ｖが１０μｓ、＋１０Ｖが１０μｓの３種類の入力が可能である。また並列入力電極となるＹ方向導体３２には、＋１０Ｖが１μｓ、０Ｖ、常時＋５Ｖの３入力がかかる。
【００１７】
ここで、透明電極にかかる一定のプラス電位Ｖ１、背面電極にかかる信号の電位をＶ２とし、それにつながるサイリスタ素子２０を介して接続される走査電極であるＸ方向導体２４の電位をＶ３とし、背面電極に抵抗１８と背面電極接続部３０を介してつながる並列入力電位をＶ４とする。そして、発光層１２の各画素１０ａを走査して点灯する場合は、Ｖ３を低電位として、サイリスタ素子２０を導通させる電位にＶ４を設定する。また、発光層１２を点灯させない場合は、サイリスタ素子２０を導通させない電位にＶ４を設定して、発光層１２の点灯を制御する。
【００１８】
また、各画素１０ａを走査しない場合は、Ｖ４の電位に関わらず、サイリスタ素子２０が導通または非導通状態を維持するようにＶ４及び抵抗体１８の抵抗値を設定し、発光層１２の各画素１０ａを発光させる。この各画素１０ａの駆動時の電位と状態の一実施例を以下の表１に示す。
【００１９】
【表１】

表１において、１の状態は、Ｖ４が０Ｖの状態でごく短時間スレッシホールドの約２倍の電圧を印加してカルコゲン化物２６に導電パスを作り、次に来るべき２の状態へのコンディショニングを行うものである。このときの発光時間は１μｓｅｃと短いので、視認上問題はない
【００２０】
２の状態は１のパルス後、２〜５μｓｅｃ後にＶ１に−１０Ｖで１０μｓｅｃのパルスを印加する。これと同じタイミングでＶ４に＋１０Ｖを印加した時、Ｖ２部には＋１０Ｖに近い電圧が印加されることになる。カルコゲン化物ガラス２６はＯＦＦ時には１０ＭΩ程度の抵抗があり、Ｒｉ＝２５０ＫΩに比較して十分大きいことから分圧比はＶ４に近くなる。
【００２１】
また有機ＥＬ部の抵抗は約５００ＫΩであるから同様と言える。この結果Ｖ_２−Ｖ_３間の電圧は約２０Ｖとなり、サイリスタ素子のスレッシホールド電圧約１５Ｖをこえ、サイリスタは導通状態に転化することになる。
【００２２】
３の状態はＶ_３が−１０ＶにおいてＶ_４＝０の場合である。この場合Ｖ_２は、Ｖ_１＝１０ＶとＶ_４＝０Ｖの分圧となりＶ_２は３．３Ｖとなり、Ｖ_３との差は１３．３Ｖで、スレッシホールド電圧には達しない。
【００２３】
尚、Ｖ_４には走査数をＮとすると３０×Ｎパルス／秒の１０μｓｅｃ幅のパルスが印加されることになるが、この際Ｖ_４が０Ｖのパルス印加時にＶ_２は３．３Ｖとなり、Ｖ_１−Ｖ_２は６．７Ｖの印加があり有機ＥＬは少量ながら発光することになる。しかしながらこの発光時間は最大でも１０μｓｅｃ×３０フレーム×５００ｌｉｎｅ＝０．１５ｓｅｃ程度であり、発光輝度は瞬時３０ｃｄ／ｍ^２で平均化すると４．５ｃｄ／ｍ^２となり発光部分１００ｃｄ／ｍ^２に比較してコントラスト上は問題にならない。
【００２４】
尚、Ｖ_４にかかるＲｉはＥＬとサイリスタ素子の状況によって最適値を決めるのが実際的であり、ＥＬパネルの発光度と抵抗値を参照の上、サイリスタ素子の作動点を合わせ抵抗値を合わせるやり方で設計される。
【００２５】
４及び５の状態は、Ｖ_３が０となる結果、サイリスタ素子はＯＮ又はＯＦＦの状態を継続するもので、ＯＮ時は印加が２Ｖ以上あればＯＮを継続し、ＯＦＦ時は１５Ｖ以下であればＯＦＦを継続する。
【００２６】
ここでＶ_４が１０ＶではＶ２は１０ＶをこえることなくＯＮ、ＯＦＦとも継続するに問題はない。Ｖ_４がゼロの時は約３．３Ｖとなり、２Ｖ以上でのＯＮの継続に問題はない。
【００２７】
６の状態はＯＮの状態からＯＦＦにもどす場合であり、Ｖ３を１０Ｖとすればサイリスタ素子への印加は０ＶとなりＯＮからＯＦＦへ転化する。
【００２８】
この機能は１／３０秒のフレーム時間内に複数回スイープすることで、発光時間をコントロールして階調表現をするのに用いられる。即ちＶ_４への入力を１／３０秒間に４回スイープし各回ごとにＯＮ継続又はＯＦＦを選択することで４段階の階調表現を行うことができるわけである。
【００２９】
以上この発明は、複雑な半導体工程のアクティブエレメントによる駆動に代えて、カルコゲン化物ガラスの薄膜というシンプルな構成により有機ＥＬの駆動ができることを示したものである。
【００３０】
またこれによれば外部への配線はＸとＹの各線と、透明電極へ＋１０Ｖを印加する１本と言う、考え得る限りもっとも小さな数となり、基板周辺に駆動ＩＣ等を配置することで更に配線を減らすことも可能である。
【００３１】
尚、カルコゲナイドガラスのスイッチにはメモリー型とスレシホールド型があり上記では、主としてスレッシホールド型で記述した。スレシホールド型では一定の保持電流が必要とされるがこれは膜厚や素子面積により異なる。
【００３２】
これらを配慮してより確実な回路として図５のようなものを考えられる。ここでサイリスタ素子３６がＯＮとなるとサイリスタ素子３８も同時にＯＮとなり抵抗ＲＨでコントロールされる保持電流が流れることになり、サイリスタ素子３６，３８のＯＮ状態はＶ４の電位に関係なく保たれＶ３を＋１０Ｖにした時にＯＦＦとなる。尚抵抗ＲＨ、サイリスタ素子３６，３８の構成は同一プロセスで作られるのでコスト的に高くなる要因はない。またスレッシホールド電圧を越えてトリガーに至る電流は保持電流の約１００分の１であり、トリガー自体は問題はない。
【００３３】
また、カルコゲン化物ガラスのメモリー型スイッチの場合、メモリースイッチは一旦トリガーされた後は０ＶとなってもＯＦＦにならない性質があり、再度高電圧をかけることによりＯＦＦとなるものである。
【００３４】
この場合は、Ｖ３（Ｘ）には、ＯＮ→ＯＦＦ又はＯＦＦ→ＯＮする場合にのみ電圧を印可するようにすれば良い。この際ＯＮ→ＯＦＦには高電圧の印加を要するが、これは回路的に解決可能である。
【００３５】
【発明の効果】
この発明の有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ素子の駆動を簡単な構成のサイリスタ特性を有する素子を用いて表示画面の駆動を行い、明るい画面を提供することができる。また、製造工程も簡単であり、微細な加工も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態の有機ＥＬ素子の絶縁基板を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】この発明の一実施形態の有機ＥＬ素子の概略回路図である。
【図４】この発明の一実施形態の有機ＥＬ素子の駆動パルス信号を示すタイミングチャートである。
【図５】この発明の他の実施形態の有機ＥＬ素子の概略回路図である。
【符号の説明】
１０有機ＥＬ素子
１０ａ発光画素
１２発光層
１４絶縁基板
１８抵抗体
２０サイリスタ素子
２２舌片状部
２４Ｘ方向導体
２６カルコゲン化物ガラス
３０背面電極接続部
３２Ｙ方向導体

Claims

透明基板の表面に、透明な電極材料により形成された透明電極と、上記透明電極に積層された有機ＥＬ材料からなる発光層と、この発光層に積層され、上記透明電極に対向して単位発光画素毎に形成された背面電極とを有した有機ＥＬ素子において、上記単位発光画素毎の各背面電極が、各々カルコゲン化物ガラスよりなるサイリスタ特性を有する素子に接続され、上記透明電極層の表面にはバッファー層が形成され、このバッファー層の立ち上がり電位と上記発光層の発光電位を合わせた電位が、上記サイリスタ特性を有する素子の動作電位に設定されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。