JP5060003B2

JP5060003B2 - 有機ｅｌ表示デバイス

Info

Publication number: JP5060003B2
Application number: JP2001249092A
Authority: JP
Inventors: 宏巳種田; 英樹川原; 孝治井戸垣
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2001-08-20
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2021-08-20
Also published as: JP2003058096A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種の文字、絵等を表示する表示デバイスの一種に、複数の有機ＥＬ素子（セグメント）で構成された有機ＥＬ表示デバイスがある。各セグメントは基板と、その上に積層された陽極及び陰極と、陽極と陰極との間に配置された有機発光層とから成る。有機ＥＬ表示デバイスは自己発光のため、視認性に優れ、かつ数ボルトから数十ボルトの低電圧で駆動できるため、軽量化が可能である長所がある。
【０００３】
有機ＥＬ表示デバイスを構成するセグメントは発光の繰り返しにより化学的に劣化し、それにより輝度が低下する。駆動条件にもよるが、輝度はセグメントの駆動（使用）時間の経過につれて低下し、駆動時間は駆動頻度にほぼ比例する。
【０００４】
複数のセグメントの駆動頻度は異なり、駆動頻度の高いセグメントの輝度は相対的に短期間で低下し、駆動頻度の低いセグメントの輝度は相対的に長期間で低下する。その結果、複数のセグメント間において輝度のばらつき（輝度むら）が生ずる。そして、使用後輝度が最も明るいセグメントに対する最も暗いセグメントの比が一定値（例えば９０％）よりも小さくなると、有機ＥＬ表示デバイスを見る者に不快感を与え、その有機ＥＬ表示デバイスは品位不良とされる。
【０００５】
尚、上記輝度むらとは別に、有機ＥＬ表示デバイスにおいて駆動後に何れかのセグメントの輝度が初期輝度に対して所定の割合（例えば５０％、以下「半減寿命」と呼ぶ）に達したとき、その有機ＥＬ表示デバイスは「寿命」であると判断される。たとえ輝度むらはなくても、セグメントの輝度が暗く、見難いからである。このように、有機ＥＬ表示デバイスには輝度むらのないこと及び寿命が長いことの両方が要求される。
【０００６】
従来から、各セグメント間に生ずる輝度むらを小さくし、かつ寿命を延ばすために種々の工夫がなされている。例えば、特開２００１−７５５７２号公報に開示された有機ＥＬ表示デバイスは、駆動頻度が最も高いセグメントａ、２番目に高いセグメントｂ、３番目に高いセグメントｃ及び最も低いセグメントｄ（何れも不図示）から成る。この有機ＥＬ表示デバイスにおいて、相対的に駆動頻度が高いセグメントの初期輝度を、相対的に駆動頻度が低いセグメントの初期輝度よりも暗く設定している。即ち、図５に示すように、駆動頻度が最も高いセグメントａの初期輝度を２１０ｃｄ／ｍ²に、駆動頻度が最も低いセグメントｄの初期輝度３００ｃｄ／ｍ²にそれぞれ設定する。そして、セグメントｂ及びｃは２１０と３００ｃｄ／ｍ²との間の初期輝度に設定する。この有機ＥＬ表示デバイスにおいて、セグメントａの輝度は曲線Ｌ２に沿って、セグメントｄの輝度は曲線Ｌ１に沿って、セグメントｂ及びｃの輝度は曲線Ｌ２とＬ１との間に位置する曲線に沿って、それぞれ低下する。これにより、駆動頻度が高く輝度が低下しやすいセグメントａの寿命を延ばし、表示デバイス全体の寿命を延ばそうとするものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、複数のセグメントａからｄの初期輝度を上記のように設定しても、輝度むらが小さくなるとは限らない。即ち、セグメントａからｄの輝度は、使用開始後しばらくの期間（諸条件にもよるが、この従来例では約１万５千時間）は比較的早く低下し、作動が比較的不安定である。
【０００８】
また、初期輝度が明るいセグメントｄは発光頻度が低いが、初期輝度が暗いセグメントａは発光頻度が高い。例えば、セグメントａの発光頻度がセグメントｄの発光頻度の２．５倍とする。この場合、図６に示すように、初期輝度Ｌｄに設定されたセグメントｄの輝度は駆動時間ｔ１の経過後はＬｄ’に低下し、初期輝度Ｌａに設定されたセグメントａの輝度は駆動時間ｔ２＝ｔ１×２．５の経過後は輝度Ｌａ’に低下する。その結果、初期輝度の差Δ１＝Ｌｄ−Ｌａは、駆動後には差Δ２＝Ｌｄ’−Ｌａ’になる。Δ２の大きさはΔ１の大きさに比べて大差ない。
【０００９】
このように、駆動後の輝度の差Δ２は初期輝度の差Δ１と比べて余り縮まらず、場合によっては差Δ１よりも広がることもある。この事情は、使用後に輝度が明るく発光頻度の高いセグメントｄの輝度に対する、使用後に輝度が暗く発光頻度の低いセグメントａの輝度の比率を考えても同じであり、比率は殆ど変化しないか、場合によっては小さくなることもある。
【００１０】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、使用開始から長期間に亘ってセグメント間の所定値以上の輝度むらの発生を防止することができる有機ＥＬ表示デバイスを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願の発明者は、セグメントの駆動時間の経過につれて、セグメント間の輝度の差が縮まるように初期輝度を設定することを思い付いて、本発明を完成した。
【００１２】
即ち、本発明にかかる有機ＥＬ表示デバイスは、基板と、該基板の上に形成された陽極と、該陽極の上に積層された有機発光層と、該有機発光層上に積層された陰極と、から成ると共に、駆動時間と輝度の低下との関係が所定の直線で近似されるように、該陽極と該陰極との間に電流を印加するエージング処理が施された複数のセグメントと；相対的に最も駆動頻度が高い前記セグメントを最も明るい初期輝度に、相対的に最も駆動頻度が低い前記セグメントを最も暗い初期輝度に、その他の各前記セグメントを該最も明るい初期輝度と該最も暗い初期輝度との間の初期輝度に設定すると共に、各前記セグメントの駆動時間と輝度の低下との関係を表す各前記直線が同一の交点を通過するように設定する設定手段と；から成ることを特徴とする。
【００１３】
本発明の作用効果を図１に示す。駆動頻度が高いセグメントＡ（不図示）の初期輝度をＬＡに設定し、駆動頻度が低いセグメントＢ（不図示）の初期輝度をこれよりも低いＬＢに設定する。ここで、有機ＥＬ表示デバイスが所定時間駆動された場合のセグメントＡの駆動時間とセグメントＢの駆動時間との比を２．５：１とする。すると、時間ｔ３作動したセグメントＢの輝度はＬＢ’になり、時間ｔ４（＝ｔ３×２．５）作動したセグメントＡの輝度はＬＡ’になる。この傾向は、有機ＥＬ表示デバイスの製造時に、各セグメントの陽極と陰極との間に電流を印加させて、エージング処理を施すことにより顕著になる。
【００１４】
その結果、駆動後の輝度の差Δ４＝ＬＡ’−ＬＢ’は初期輝度の差Δ３＝ＬＡ−ＬＢよりも小さくなり、輝度むらが認知され難くなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について説明する。
＜有機ＥＬ表示デバイス＞
有機ＥＬ表示デバイスの用途は特に限定されず、自動車のインストルメンタルパネルや、携帯電話及び各種メータ等において使用される。有機ＥＬ表示デバイスを構成するセグメントの形状、個数及び配列方向には特別の制約はない。
＜セグメント＞
セグメントは基板と、陽極及び陰極と、有機発光層とから成る。基板はガラス基板や合成樹脂基板から成ることができる。
【００１６】
陽極は有機発光層に正孔を注入する役割を果たし、酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）等の導電性金属酸化物や、金、銀、クロム等の金属等から成ることができる。
【００１７】
陰極は有機発光層に電子を注入する役割を果たし、インジウム、マグネシウム、金、銀、アルミニウム等の金属や、これらの合金から成ることができる。
【００１８】
有機発光層は、電界を与えられた電極間において陽極から注入された正孔と陰極から注入された電子とを輸送して再結合させ、再結合により発光させるものである。通常、正孔輸送層と電子輸送層とに分割される。
【００１９】
セグメントの製造時、基板の上に陽極、有機発光層、陰極がこの順で積層される。積層は真空蒸着法又はスパッタリング法によることができる。例えば、ガラス基板の上にＩＴＯをスパッタリングで形成し、エッチングでＩＴＯをパターニングすることにより、陽極を形成する。その後、蒸着により有機層及び陰極を積層し、最後に封止することができる。
【００２０】
有機ＥＬ表示デバイスを構成するセグメントの駆動頻度の比に特別の制約はない。よって、最も駆動頻度が低いセグメントに対する最も駆動頻度が高いセグメントの比は、例えば１から５の間で適宜選定することができる。
【００２１】
本発明においては、各セグメントの製造時にエージング処理を施す。「エージング処理」とは、駆動時（使用時）におけるセグメントの輝度の低下を抑制するために、製造時に陽極と陰極との間に電流を印加することである。エージング処理は、セグメントに印加する電流の電流密度（印加電圧／セグメントの表面積）を調整し輝度を上げて行う。
【００２２】
電流密度は、例えばエージング処理時の輝度が通常使用時の輝度の１倍から数十倍になるように調整することができる。例えば、通常使用時の輝度が４００ｃｄ／ｍ²の場合、エージング処理時の輝度は４００から８０００ｃｄ／ｍ²とすることができるが、これに制約されるものではない。エージング処理は、セグメントの初期特性が所定状態に変化するまで行う。尚、電流密度が高すぎると、セグメントに絶縁破壊等が生ずるおそれがあり望ましくない。
【００２３】
また、エージング処理に要する時間を短縮するためには、環境温度を使用温度（例えば２５℃）からこれよりも高い処理温度（例えば８５から１０５℃）に上昇させることができる。尚、処理温度が１０５℃を超えることは、薄膜の構造変化が起こることがあるので望ましくない。
＜設定手段＞設定手段は、相対的に最も駆動頻度が高いセグメントを最も明るい初期輝度に、相対的に最も駆動頻度が低いセグメントを最も暗い初期輝度に、その他の各セグメントをその間の初期輝度に設定する。その他の各セグメントの初期輝度を設定時は、それぞれのセグメントの駆動頻度に比例させて、駆動頻度が高いものを低いものよりも明るく設定する。
【００２４】
尚、有機ＥＬ表示デバイスが所定の駆動時間駆動されると、セグメントの輝度が明暗反転し、初期輝度を明るく設定したセグメントの輝度が、初期輝度を暗く設定したセグメントの輝度よりも暗くなることもある（輝度の反転）。そして、反転後のセグメント間の輝度の差又は比が大きくなると、輝度むらとして認識される。よって、設定手段は、係る輝度の反転をも考慮して、初期輝度を設定する。
【００２５】
設定手段は、例えば電源と、該電源から各セグメントに印加される電流の大きさを調整する電流調整部とを含むことができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図２、図３及び図４を基にして説明する。
【００２７】
図２に示すように、有機ＥＬ表示デバイス５０は「８」形状に配置された細長い矩形状の７個のセグメント１０、１５，２０，２５，３０，３５及び４０と、各セグメント１０から４０に所定の初期輝度を設定する駆動回路（設定手段）４５とから成る。
【００２８】
図３に示すように、セグメント１０は細長い矩形状を持ち、ガラス基板１１と、その上に順に積層された透明陽極１２、有機発光層１３及び陰極１４とから成る。透明陽極１２はＩＴＯから成り、有機発光層１３は正孔注入層及び電子注入層から成る。陰極１４はアルミニウムから成る。
【００２９】
尚、他のセグメント１５から４０はセグメント１０と同じ構成を持つ。
【００３０】
図２に戻って、駆動回路４５は、各セグメント１０から４０の透明陽極１１等と陰極１２等との間に駆動電圧Ｖを印加する電源４６と、各セグメント１０から４０に印加される電流値を調整する電流調整部４８とを含む。
【００３１】
７個のセグメント１０から４５は全て製造時にエージング処理を施されている。エージング処理は有機ＥＬ表示デバイス全体を温度８５℃の高温槽に入れた状態で、各セグメントの当初の輝度が8000ｃｄ／ｍ²となり、約１３時間経過後の輝度が5600ｃｄ／ｍ²（8000ｃｄ／ｍ²の７０％に相当）になるように電流量を調整した。これにより各セグメント１０から４０は作動安定領域に達した。
【００３２】
エージング処理した７個のセグメント１０から４５は、車両のインストルメンタルパネルにおいて、温度２５度で、初期輝度は４００から３６０ｃｄ／ｍ²の間で駆動頻度を考慮して設定される。
【００３３】
即ち、有機ＥＬデバイス５０を作動させて各セグメントを「０」から「９」まで発光させたとき、最も駆動頻度の低いセグメント３０に対する、セグメント１０，２５及び４０の駆動頻度の比は１．７５，セグメント１５及び２０の駆動頻度の比は２，セグメント３５の駆動頻度の比は２．２５である。つまり、駆動頻度に関し７つのセグメント１０から４０は４つのグループに分類される。
【００３４】
初期輝度は、最も駆動頻度が高いセグメント３５は４００ｃｄ／ｍ²に、最も駆動頻度が小さいセグメント３０は３６０ｃｄ／ｍ²に、２番目に駆動頻度が高いセグメント１５及び２０は３６９ｃｄ／ｍ²に、３番目に駆動頻度が高いセグメント１０，２５及び４０は３６４ｃｄ／ｍ²に、それぞれ設定する。具体的には、そのような輝度になるように電流調整部４８を調整する。
【００３５】
なお、セグメント３５及び３０の初期輝度をそれぞれ４００ｃｄ／ｍ²及び３６０ｃｄ／ｍ²に設定したのは、温度２５℃で、最も明るいセグメント３５の初期輝度４００ｃｄ／ｍ²としたき、輝度むらの規格を１０％に選定したためである。つまり、最も明るいセグメント３５に対して最も暗いセグメント３０の輝度の比が９０％以下になったとき、輝度むらが発生したと判断する。加えて、何れかのセグメントの輝度がその当初輝度の半分になったとき、有機ＥＬ表示デバイス５０は寿命に達したと判断する。
【００３６】
セグメント１０から４０へのエージング処理による効果を確認すべく以下の実験を行った。セグメント１０から４０をそれぞれ上述した初期輝度に設定し、８５℃に温度加速した状態で、有機ＥＬ表示デバイス５０を数千時間駆動した結果を図４に示す。
【００３７】
図４において、初期輝度が４００ｃｄ／ｍ²に設定されたセグメント３５の輝度は直線ｋで、初期輝度が３６０ｃｄ／ｍ²に設定されたセグメント３０の輝度は直線ｌで、初期輝度が３６９ｃｄ／ｍ²に設定されたセグメント１５及び２０の輝度は直線ｍで、初期輝度が３６４ｃｄ／ｍ²に設定されたセグメント１０，２５及び４０の輝度は直線ｎでそれぞれ示す。何れの直線も、駆動時間の経過に比例して低下している。
【００３８】
尚、セグメント３５以外、即ちセグメント１０、１５、２５、３０及び４０の輝度の低下曲線ｌ，ｍ，ｎは、セグメント３５の輝度の低下を示す直線ｋをもとに求めた。発明者の実験によると、輝度４００ｃｄ／ｍ^２に対して輝度がｎ倍になると、寿命は１／ｎ^１．２になることがわかったので、この計算式に基づき直線ｌ等を決定した。
【００３９】
図４のグラフの直線ｋによれば、セグメント３５の輝度は駆動時間５００時間で約３５５ｃｄ／ｍ²に、駆動時間1000時間で約３１５ｃｄ／ｍ²にそれぞれ低下している。一方、セグメント３０の輝度は、直線ｌで示すように、駆動時間５００時間で約３４５ｃｄ／ｍ²に、駆動時間１０００時間で約３３０ｃｄ／ｍ²に、それぞれ低下している。そして、駆動時間約７００時間で、直線ｋとｌとが上下反転している。他の２本の直線ｍ及びｎも、直線ｋとｌとの交点を通過している。
【００４０】
これから明らかなように、駆動時間が０から７００時間の間は、駆動時間の経過につれて、セグメント３５と３０との間の輝度の差が次第に縮まっている。そして、７００時間が経過して輝度の明暗が反転し、セグメント３５の輝度２８５ｃｄ／ｍ²に対するセグメント３０の輝度３２０ｃｄ／ｍ²の比率が９０％になったのは駆動時間が約１３００時間経過した時点であった。
【００４１】
一方、当初輝度４００ｃｄ／ｍ²のセグメント３５の輝度が２００ｃｄ／ｍ² になったのは駆動時間が約２３００時間経過した時点であり、当初輝度３６０ｃｄ／ｍ²のセグメント３０の輝度が１８０ｃｄ／ｍ²になったのはこれよりも後であった。よって、本実施例の有機ＥＬ表示デバイス５０における規格内寿命は１３００時間となる。
【００４２】
ここで、発明者の試算によれば、温度８５℃における駆動時間１３００時間は、通常の使用温度（約２５℃）における車両の走行距離に換算すると数万ｋｍに相当し、使用年数に換算すると数年に相当すると考えられる。これにより、本実施例の有機ＥＬ表示デバイスは自動車のインストルメンタルパネルに配置され、長期間に亘って所定の文字や絵を表示することができることが分かる。
【００４３】
次に、上記従来例における輝度むら認知及び半減寿命について説明する。尚、従来例ではセグメントａからｄにエージング処理を施していないが、本実施例と比較するためエージン処理を施したと仮定して、輝度むら及び寿命を調べた。
【００４４】
従来例では輝度むらの規格を３０％に設定しているが、上記実施例との比較を容易にするため、規格は１０％とした。
【００４５】
本実施例と同様に、温度が８５℃で、各セグメントａからｄの初期輝度が8000ｃｄ／ｍ²となるように電流量を調整した。その上で、前述した従来例の考え方に沿って、駆動頻度の最も低いセグメントａの初期輝度を４００ｃｄ／ｍ²に、最も高いセグメントｄの初期輝度を３６０ｃｄ／ｍ²にそれぞれ設定した。その他のセグメントｂ及びｃの初期輝度はその間の輝度に設定した。
【００４６】
その結果、駆動開始後２００時間にはセグメントｄの輝度が３４６ｃｄ／ｍ²になり、セグメントａの輝度が３９２ｃｄ／ｍ²になり、１０％の輝度むらが認知された。これより従来例の規格内寿命は２００時間となる。
【００４７】
本実施例と従来例とを比較すると、半減寿命は２３００時間と２０００時間とで大差はない。しかし、輝度むらが認知されるまでの時間は１３００時間と２００時間とで、大差がある。本実施例において、輝度むらが認知されるまでの時間及び半減寿命が従来例よりも長くなったのは、セグメント１０から４０の製造時にエージング処理を施し、その上で駆動頻度に応じて４つのグループに分け、駆動頻度に対応させて駆動頻度が高いもの程、初期輝度を明るく設定したからである。
【００４８】
次に、輝度むらの認知の規格内寿命を３０％（従来例における規格に相当する）とした場合について説明する。
【００４９】
この場合、本発明では駆動頻度の高いセグメント３５の初期輝度を４００ｃｄ／ｍ²に、駆動頻度の最も低いセグメント３０の初期輝度を２８０ｃｄ／ｍ²に、その他のセグメント１０，１５，２０、２５及び４０の初期輝度をその間の輝度に、それぞれ設定した。この状態で実験したところ、輝度むらが認知されるまでの駆動時間は２５００時間であり、半減時間は２３００時間であった。よって、規格内寿命は２３００時間となる。
【００５０】
一方、従来例では駆動頻度が最も高いセグメントｄの初期輝度を２８０ｃｄ／ｍ²に、駆動頻度が最も低いセグメントａの初期輝度を４００ｃｄ／ｍ²に、その他のセグメントｂ及びｃの初期輝度をその間の輝度に、それぞれ設定した。この状態で実験したところ、輝度むらが認知されるまでの駆動時間は２００時間であり、半減寿命は２０００時間であった。よって、規格内寿命は２００時間となる。
【００５１】
このように、輝度むらの認知の規格内寿命が３０％の場合も、本実施例によれば有機ＥＬ表示デバイスの寿命を従来よりも遙かに長くできることが分かる。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明の有機ＥＬ表示デバイスによれば、駆動頻度が高いセグメントの初期輝度を駆動頻度が低いセグメントの初期輝度よりも高く設定したので、所定値以上の輝度むらが認知されるまでの期間が長くなる。この傾向は、セグメントにエージング処理を施したことにより顕著になっている。その結果、長期間に亘って輝度むらが小さく文字や絵が見易い有機ＥＬ表示デバイスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ＥＬデバイスの作用効果を示すグラフである。
【図２】本発明にかかる有機ＥＬ表示デバイスの一実施例を示す正面図である。
【図３】有機ＥＬ表示デバイスを構成するセグメントの断面図である。
【図４】上記実施例の作動を説明するためのグラフである。
【図５】従来例における経過時間と輝度の低下との関係を示すグラフである。
【図６】上記従来例の作動を説明するグラフである。
【符号の説明】
１０，１５，２０，２５，３０，３５，４０：セグメント
１１：基板１２：陽極
１３：有機発光層１４：陰極
４５：設定手段５０：有機ＥＬ表示デバイス

Claims

基板と、該基板の上に形成された陽極と、該陽極の上に積層された有機発光層と、該有機発光層上に積層された陰極と、から成ると共に、駆動時間と輝度の低下との関係が所定の直線で近似されるように、該陽極と該陰極との間に電流を印加するエージング処理が施された複数のセグメントと、
相対的に最も駆動頻度が高い前記セグメントを最も明るい初期輝度に、相対的に最も駆動頻度が低い前記セグメントを最も暗い初期輝度に、その他の各前記セグメントを該最も明るい初期輝度と該最も暗い初期輝度との間の初期輝度に設定すると共に、各前記セグメントの駆動時間と輝度の低下との関係を表す各前記直線が同一の交点を通過するように設定する設定手段と、から成ることを特徴とする有機ＥＬ表示デバイス。
各前記セグメントの駆動時間と輝度の低下との関係を表す各前記直線のうちの一つを実験により決定すると共に、その他の各前記直線を計算式に基づき決定し、
前記計算式は、実験により前記直線を求めた前記セグメントの初期輝度に対するその他の各前記セグメントの初期輝度がｎ倍になると、実験により前記直線を求めた前記セグメントの寿命に対するその他の各前記セグメントの寿命がｎを底とし１を超える定数を指数とする値の逆数倍になる関係に基づいた計算式である請求項１記載の有機ＥＬ表示デバイス。
前記計算式は、実験により前記直線を求めた前記セグメントの初期輝度に対するその他の各前記セグメントの初期輝度がｎ倍になると、実験により前記直線を求めた前記セグメントの寿命に対するその他の各前記セグメントの寿命がｎを底とし１．２を指数とする値の逆数倍になる関係に基づいた計算式である請求項２記載の有機ＥＬ表示デバイス。