JP5184652B2 - 輝度の均一性を改善したエレクトロルミネセンスデバイス - Google Patents

Description

本発明は、エレクトロルミネセンスデバイスに関し、より詳細には、輝度の均一性を改善した、大面積エレクトロルミネセンスデバイス、及びそのデバイスから形成されるライティングパネルに関する。

本発明はエレクトロルミネセンスデバイスに関する。エレクトロルミネセンスデバイスの例には、低分子有機発光デバイス（ＳＭＯＬＥＤ）、ポリマー発光デバイス（ＰＬＥＤ）及び無機エレクトロルミネセンスデバイスが含まれる。用語「有機発光デバイス（ＯＬＥＤ）」は、低分子有機発光デバイス及びポリマー発光デバイスの両方を指している。

典型的な従来技術のエレクトロルミネセンスデバイスは、透明基板（残りの層よりも１〜４桁ほど厚みがある）と、透明な第１の電極層と、少なくとも１つの発光層を含む発光素子と、反射性の第２の電極層とを備える。２つの電極から注入される電子及び正孔が発光素子を通って流れ、再結合又は衝撃イオン化のいずれかによって光を生成するときに、エレクトロルミネセンスデバイスにおいて光が生成される。発光素子は、放射光が生成される少なくとも１つの発光層を含む、いくつかの材料層を含むことができる。たとえば、ＯＬＥＤデバイスの場合、発光素子は、電子注入層と、電子輸送層と、１つ又は複数の発光層と、正孔輸送層と、正孔注入層とを備えることができる。これらの層のうちの１つ又は複数を組み合わせることができ、電子阻止層又は正孔阻止層のような付加層を追加することができる。最も多くの場合には、第１の電極層はアノードであり、第２の電極層はカソードである。

さらに、いくつかの個別のＯＬＥＤを垂直に積重することによって、スタック形ＯＬＥＤ（又はタンデム形ＯＬＥＤ若しくはカスケード形ＯＬＥＤ）と呼ばれるＯＬＥＤ構造が形成される。Forrest等による米国特許第５，７０３，４３６号明細書及びBurrows等による米国特許第６，２７４，９８０号明細書は、自らのスタック形ＯＬＥＤを開示した。それらの開示において、スタック形ＯＬＥＤは、異なる色、又は同じ色の光をそれぞれ独立して発光するいくつかのＯＬＥＤを垂直に積重することによって製造される。しかしながら、それらのデバイス内の各ＯＬＥＤは別々の電源を必要とした。代替の設計では、いくつかの個別のＯＬＥＤを垂直に積重することによって製造され、ただ１つの電源によって駆動されるスタック形ＯＬＥＤ構造が開示された（米国特許第６，３３７，４９２号明細書、米国特許第６，１０７，７３４号明細書、米国特許第６，７１７，３５８号明細書、米国特許出願公開第２００３／０１７０４９１号明細書、米国特許出願公開第２００３／０１８９４０１明細書、及び特開２００３−０４５６７６号公報を参照）。複数のＮ個（Ｎ＞１）のＥＬユニットを有するスタック形ＯＬＥＤでは、ただ１つのＥＬユニットを含む従来のＯＬＥＤよりも、発光効率をＮ倍高くすることができる（当然、駆動電圧も従来のＯＬＥＤよりＮ倍高くなる可能性がある）。それゆえ、長寿命を達成するための１つの態様では、そのタンデム形ＯＬＥＤは、同じ輝度を得るのに従来のＯＬＥＤにおいて用いられる電流密度の１／Ｎしか必要としないが、そのタンデム形ＯＬＥＤの寿命は従来のＯＬＥＤの寿命の約Ｎ倍になるであろう。高い輝度を達成するための他の態様では、そのタンデム形ＯＬＥＤは、概ね同じ寿命を維持しながら、従来のＯＬＥＤよりもＮ倍高い輝度を得るのに、従来のＯＬＥＤにおいて用いられるのと同じ電流密度しか必要としない。タンデム形ＯＬＥＤ内の各有機ＥＬユニットは、正孔及び電子輸送、並びに電子−正孔再結合を支援し、光を生成することができる。各有機ＥＬユニットは、ＨＴＬ（正孔輸送層）、ＥＴＬ（電子輸送層）、ＬＥＬ（発光層）、ＨＩＬ（正孔注入層）及びＥＩＬ（電子注入層）を含む複数の層を備えることができる。発光層（ＬＥＬ）は、異なる色をそれぞれ放射する１つ又は複数の副層を含むことができる。

空気に対して高い屈折率のＯＬＥＤ及び基板材料内に閉じ込められた光を抽出するための１つ又は複数の技法を用いることも一般的である。光閉じ込め効果を小さくすることによって薄膜エレクトロルミネセンスデバイスの効率を高め、基板モード及び有機モードの光がデバイスから放射できるようにするために、種々の技法が提案されてきた。これらの技法は、以下の参考文献、米国特許第５，９５５，８３７号明細書、米国特許第５，８３４，８９３号明細書、米国特許第６，０９１，１９５号明細書、米国特許第６，７８７，７９６号明細書、米国特許第６，７７７，８７１号明細書、米国特許出願公開第２００４／０２１７７０２号明細書、米国特許出願公開第２００５／００１８４３１号明細書、米国特許出願公開第２００１／００２６１２４号明細書、国際公開第０２／３７５８０号パンフレット及び国際公開第０２／３７５６８号パンフレットにおいて記述される。

隣接する発光デバイスから成る１又は２次元アレイを形成するために、複数の個別のＯＬＥＤデバイスを直列に、且つ並列に接続することも知られている。米国特許第６，６９３，２９６号明細書において、Tyanは、隣接するＯＬＥＤセグメントが単一の基板上で直列に接続される構造を記述する。米国特許第６，５１５，４１７号明細書において、Duggalは、より大きな面積のパネルを形成するために、１つの共通の基板上に複数の個別のＯＬＥＤデバイスを実装する方法を記述する。ＡＣ信号によって駆動されるときに、２つのＯＬＥＤストリップが交互に発光することになるように、反対方向に向けられた２つのＯＬＥＤストリップを、一方のストリップのアノード端子が第２のストリップのカソード端子に接続されるようにして、及び逆もまた同様に接続されるようにして対にすることが、米国特許第７，０３４，４７０号明細書においてCokによって、且つ米国特許第６，８００，９９９号明細書においてDuggalによって開示される。これらの参考文献いずれにおいても、個々のセグメント又はデバイスが、各端部においてアノードからカソードに接続されて、２つのストリングがＡＣサイクル中に交互に発光することになるような整流器を形成する。

これまで記述された全てのデバイスが抱える問題は、個々のデバイスの横方向への広がりが小さい場合にしか、均一な出力を与えないことである。これは、個々のピクセルの広がりが典型的には１ｍｍよりもはるかに小さい小型のディスプレイの場合には重要ではない。その問題は、大型ディスプレイの場合に、及び一般照明用の照明器具及び液晶ディスプレイ用のバックライトのような非ピクセル化デバイスの場合に、より顕著になる。エレクトロルミネセンスセグメントが大きい場合には、透明電極を通って流れる電流によって、その電極の両端で大きな電圧降下が生じることになり、それにより、そのデバイスを通って流れる電流密度に変化が生じ、結果として、デバイス輝度に変化が生じる。

この問題が図１に示されており、図１は、ここでＥＬセグメント１００と呼ばれる、ボトムエミッタとして構成される従来技術のエレクトロルミネセンスセグメントを示す。そのデバイスは、図１に示されるように配列される、透明基板１１０と、ＩＴＯのような透明アノード１２０と、発光素子１３０と、Ａｌ又はＡｇのような反射性カソード１４０とを備える。アノード１２０の左縁部がカソード１４０の右縁部に対して正にバイアスをかけられるとき、アノード１２０内で左から右にアノード電流１５０が流れ、カソード１４０内で左から右にカソード電流１６０が流れる。デバイスに沿った各点において、アノード１２０から、エレクトロルミネセンス層を通って、カソード１４０まで、デバイス貫通電流（through device current）１７０が流れ、光を生成する。エレクトロルミネセンス層を通って流れる局所的なデバイス貫通電流密度は、その点におけるアノード１２０とカソード１４０との間に電圧差に依拠する。しかしながら、アノード電流１５０によって、アノード１２０に沿って電圧降下が生じるが、その電圧降下は導電性が高いカソード１４０に沿った電圧降下よりもはるかに大きい。結果として、エレクトロルミネセンス層にかかる電圧は、図１に示されるデバイスの右側よりも、そのデバイスの左側において大きい。この結果として、デバイスの左側はデバイスの右側よりも輝度が高くなる。

この不均一性は、一般照明において、又はＬＣＤ用のバックライトとして用いるためのライトパネルの見た目を損ねる可能性がある。直接照明ＬＣＤバックライトでは（小型のラップトップディスプレイにおいて普及している端面照明ＬＣＤバックライトとは対照的に）、バックライトの均一性を改善するために、ルミネセンス機構から或る距離だけ離間される拡散板を利用するのが一般的である。説明するために、これが図２に示されており、図２は２つの異なるライトパネル２００を示す。左側にあるライトパネル２００は、大きな個別ランプ２１０を有し、濃淡によって示されるように、それらのランプは輝度が不均一である。右側にあるライトパネル２００は小さな個別ランプ２１０を有し、それらのランプも輝度が不均一である。各ランプアレイは、「輝度不均一範囲」（ＢＮＵＥ）２２０と呼ばれるパラメータによって特徴付けることができる。ＢＮＵＥ２２０は、輝度の不均一性が及ぶ距離であり、右側にあるライトパネル２００の方が小さい。

透過型拡散板２３０が、個別ランプ２１０の平面から拡散板間隙２４０だけ離れて、個別ランプ２１０の前方に配置される。プロット２５０、２６０及び２７０は、位置の関数として、それぞれ拡散板間隙が０に近いとき、小さいとき、及び大きいときの拡散板における輝度を示す。拡散板間隙２４０が大きくなると、ライトパネルの輝度の均一性が増す。さらに重要なのは、０以外の任意の大きさの拡散板間隙２４０において、ＢＮＵＥ２２０が小さいライトパネル２００ほど、輝度均一性が良好であることである。ＬＣＤバックライト及び一般照明パネルにおいて有用である２つの特性は、均一性及び薄さである。これらの特性はいずれも、ライトパネル２００内の個別ランプ２１０のＢＮＵＥ２２０が小さいほど改善される。

２次元パネルにおいて、ＢＮＵＥ２２０は平面内の２つの直交する方向において異なることがある。離間される拡散板を備えるライトパネル２００の均一性は、ＢＮＵＥ２２０が小さいほど、ＢＮＵＥ２２０に最も厳密に一致する。それゆえ、２次元ライトパネルのＢＮＵＥ２２０は、任意の面内方向との関連で最も小さくなるであろう。

本発明は、輝度の均一性が改善したエレクトロルミネセンスデバイスを提供する。本発明は、対向するＥＬセグメント対を有するエレクトロルミネセンスデバイスであって、
（ａ）第１のデバイス貫通電流に応答して光を生成し、第１の透明電極接続及び第１の反射電極接続を有する第１のＥＬセグメントと、
（ｂ）第２のデバイス貫通電流に応答して光を生成し、第２の透明電極接続及び第２の反射電極接続を有し、第１の透明電極接続が第２の透明電極接続と反対側の縁部にあり且つ第１の透明電極の電流の方向が第２の透明電極の電流の方向に対して平行であるが逆であるように、第１のＥＬセグメントに隣接し且つ離間される、第２のＥＬセグメントとを備え、
（ｃ）第１のＥＬセグメント及び第２のＥＬセグメントは、２つのＥＬセグメントに同時に順方向バイアスをかけることができるように共通の電源に接続され、
前記第１の透明電極接続及び前記第２の透明電極接続は電気的に共通であり、前記第１の反射電極接続及び前記第２の反射電極接続は電気的に共通である、エレクトロルミネセンスデバイスを備える。

従来技術のＥＬセグメントの断面図である。 輝度均一性を改善するために離間される拡散板を備えるライトパネルを示す図である。 従来技術の大型ＥＬセグメントの平面図である。 従来技術の大型ＥＬセグメントの断面図である。 大型ＥＬセグメント内の電極電流密度対位置を概略的に示すグラフである。 従来技術の大型ＥＬセグメントの電極電圧対位置を概略的に示すグラフである。 様々な種類の電気デバイスの場合の典型的なＪ−Ｖ曲線を概略的に示すグラフである。 実際の小型ＯＬＥＤデバイスの測定されたＪ−Ｖ曲線のプロットである。 長いＥＬセグメントのアノード電圧、デバイス輝度のプロットである。 細い従来技術のＥＬセグメントの概略的な平面図である。 対向するＥＬセグメント対の概略的な平面図である。 折り返されたＥＬセグメントの概略的な平面図である。 従来技術のＥＬストリップの概略的な断面図である。 従来技術の細いＥＬストリップの概略的な平面図である。 対向するＥＬストリップ対の概略的な平面図である。 折り返されたＥＬストリップの概略的な平面図である。 低ＢＮＵＥ ＥＬゾーンの概略的な平面図である。 低ＢＮＵＥ ＥＬパネルの概略的な平面図である。

本発明は、以下で、基本的な層配列が透明基板／透明アノード／発光層／反射性カソードであり、光が基板を通ってデバイスから出る通常の底面発光デバイスに関して記述される。本発明は、基板／反射性アノード／発光層／透明カソードから成る基本的な層配列を有する上面発光デバイス、又は基板／反射性カソード／発光層／透明アノードから成る基本的な層配列を有する逆上面発光デバイスにも適用することができる。上面発光デバイスの場合、光は透明電極を通って環境に直に脱出するか、又は透明保護カバーガラスを通って脱出し、基板を通過する必要はないため、基板が透明である必要がなくなる。

ここで大型ＥＬセグメント３００と呼ばれる、従来技術の底面発光エレクトロルミネセンスデバイスが図３ａ及び図３ｂに示されており、それらの図はそれぞれ平面図及び断面図を示す。大型ＥＬセグメント３００は主に、デバイス貫通電流が大型ＥＬセグメント３００内の点によって異なり、それによりセグメントの輝度が不均一になるほどＥＬセグメントの面積が十分に大きいという点で図１のＥＬセグメント１００とは異なる。この問題は通常、デバイス寸法は１〜２ｍｍを超えるまで重要ではない。ディスプレイのピクセルとは異なり、大型ＥＬセグメント３００はより大きな駆動電流を必要とし、導電性が低い透明電極において著しい電圧降下を受けることになり、結果として発光エリアにわたる輝度が不均一になるため、ＥＬセグメントの大きさは重要である。以下の結果及び説明は、この問題を定量化する。

図３ａ及び図３ｂを参照すると、透明基板１１０が、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）又は非常に薄い金属層で部分的に覆われ、その層は透明電極３１０としての役割を果たす。透明電極３１０上に発光素子１３０が配置される。発光素子上に反射性導体が配置され、それは金属とすることができ、反射電極３２０としての役割を果たす。バイアス電圧を印加するために、透明電極３１０の一端に透明電極コネクタ３３０が設けられる。反射電極３２０にバイアス電圧を印加するために、反射電極３２０の他端に反射電極コネクタ３４０が設けられる。その後、透明電極接続３３５及び反射電極接続３４５が、透明電極コネクタ３３０及び反射電極コネクタ３４０と、適切な電源との間に形成され、透明電極電流３５０が透明電極３１０に沿って流れ、且つ反射電極電流３６０が反射電極３２０に沿って流れるようにすることができる。電極コネクタ３３０及び３４０がいずれも良好な電気導体である場合には、それらの中に流れる電流に起因する電圧降下は無視することができる。

電極３３０及び３２０への電極接続３３５及び３４５を直に形成することはできるが、電流は大型ＥＬセグメント３００の幅にわたって均一に分布しないことがある。さらに、そのデバイスが機能するために、反射電極コネクタ３４０は透明電極コネクタ３３０の反対側にあるデバイス縁部に配置される必要はないが、反射電極コネクタ３３０及び透明電極コネクタ３４０が大型ＥＬセグメント３００の反対側の縁部に配置される図３のレイアウトの場合、後の説明が簡単である。

透明電極３００がアノードであることを示す特定の極性が最も一般的な構成であるが、図３に示されるデバイスの場合、電極電流の方向は左から右である。透明電極３１０及び反射電極３２０が発光素子１３０によって分離される各点において、大型ＥＬ構造３００を通ってアノードからカソードまで垂直にデバイス貫通電流１７０も流れることになり、それにより発光素子が発光する。放射される光の一部は、透明電極３１０及び透明基板１１０を通って進むことによって、大型ＥＬセグメント３００から脱出する。大型ＥＬセグメント３００の発光領域は、透明電極電流３５０の方向にあり、ＥＬセグメント長３７０と呼ばれる寸法と、透明電極電流の方向に対して垂直であり、ＥＬセグメント幅３８０と呼ばれる寸法とを有する。

大型ＥＬセグメント３００の電極電流はいずれも、図３ａ及び図３ｂに示されるように左から右に流れる。大型ＥＬセグメント３００内の層が均一であり、且つ電極コネクタ（３３０、３４０）の固有抵抗が無視できる場合には、透明電極コネクタ３３０から等距離にある全ての点において、電極内の電流密度は一定となる。図４は、透明電極コネクタ３３０からの距離の関数として、電極電流密度の変化を概略的に示す。透明電極コネクタ３３０の近くでは、反射電極電流密度４２０は概ね０であり、透明電極電流密度４１０は最大値である。透明電極コネクタ３３０から離れると、デバイス貫通電流が、透明電極３１０から反射電極３２０まで電極電流を伝達する。大型ＥＬセグメント３００が一定の幅から成る場合には、２つの電極電流密度の和が一定になり、それはＥＬセグメントデバイス電流を大型ＥＬセグメント幅で割った値に等しい。

電極電流密度は、大型ＥＬセグメント３００の長さに沿って電極電圧を変化させる。透明電極３１０は、一般的に、反射電極３２０よりも高い面積抵抗率を有するため、電圧降下は、透明電極３１０において、より顕著である。これが図５に概略的に示されており、図５は、透明電極コネクタ３２０からの距離の関数として、透明電極電圧５１０及び反射電極電圧５２０を示す。透明電極電圧は、透明電極電流密度４１０が最も大きい透明電極コネクタ３３０の近くにおいてより高い勾配を有し、反射電極電圧は、反射電極電流密度４２０が最も大きい反射電極コネクタ３４０の近くにおいて最も大きな勾配を有することにも注目されたい。電極におけるこれらの電圧降下の結果として、発光素子１３０の両端の電圧も、大型ＥＬセグメント長に沿った位置と共に変化する。具体的には、透明電極コネクタの近くにおける大型ＥＬ素子電圧５３０は、反射電極コネクタの近くにおける大型ＥＬセグメント電圧５４０よりも高い。

ＥＬセグメントの発光素子は、ＯＬＥＤ、ＰＬＥＤ又は無機ＬＥＤを基にするデバイスのためのダイオード接合である。電流は、順方向バイアスをかけられたダイオード接合を通って流れ、それは印加される電圧の関数である。延長された平面ＥＬセグメントの場合、デバイス内の任意の点におけるデバイス貫通電流密度（Ｊ）は、その点における発光素子の両端の電圧（Ｖ）の関数になる。３つの典型的なデバイスの場合のＪ−Ｖプロットが図６に概略的に示される。オーミックデバイスの場合のＪ−Ｖ曲線６１０は直線である。完全なダイオードの場合のＪ−Ｖ曲線６２０は指数関数である。実際のダイオードの場合のＪ−Ｖ曲線６３０は、一般的に、オーミック構成要素の存在、及び電荷注入層、電子トラップ及び正孔トラップのような他の複雑にする要因に起因して、理想的なダイオード曲線よりも下がる。ＥＬセグメント内の発光素子の場合のＪ−Ｖ曲線は、デバイスに沿って発光素子の両端の電圧が変化する結果として、そのデバイスに沿って電流密度が如何に変化するかを、そして最終的には、そのデバイスに沿って輝度が如何に変化するかを確定する。Ｊ−Ｖ曲線の勾配が急であるほど、特定の電圧変化に対する輝度変化が大きくなる。発光層を製造するための技術が改善されるにつれて、完全なダイオード６２０により近い挙動を示すより低電圧のデバイスが作り出されている。これにより、大型ＥＬセグメントの場合の輝度変化が、より顕著になる。

デバイス貫通電流不均一性は主に透明電極の電圧降下に起因するため、その影響はデバイスが長くなるのに応じて、且つデバイス電流が大きくなるのに応じて大きくなる。定量的な挙動は複雑であるが、均一な長方形デバイスの場合に容易にモデル化することができる。そのモデルへの入力はＪ−Ｖ曲線、アノードシート抵抗、カソードシート抵抗及び単位幅当たりの動作電流（Ａ／ｍ²）である。多くのデバイスの場合に、完全ではないものの、理に適っている仮定は、輝度効率（ｃｄ／Ａ）がデバイス貫通電流密度（Ａ／ｍ²）から独立しているというものである。これにより、或る特定のデバイス輝度（ｃｄ／ｍ²）の場合に、或る特定のデバイス電流密度（Ａ／ｍ）における電流不均一性を輝度不均一性に関連付けられるようになる。大型ＥＬセグメントの輝度は、その幅にわたって均一になり、その問題は、輝度対大型ＥＬセグメント長に沿った位置を得るための１次元計算に単純化される。

図７は、製造された小型ＯＬＥＤデバイスから測定されるＪ−Ｖ曲線のプロットである。そのデバイスは小さいため（１辺３ｍｍ）、図示される電流密度におけるアノードの電圧降下は無視することができた。対数目盛でプロットされるため、その曲線の形状は図６の曲線６３０とは異なる。完全なダイオードは、図７において用いられる対数目盛上では直線として現れるであろう。このＪ−Ｖ曲線を利用し、且つアノードシート抵抗に対して５０Ω／平方、カソードシート抵抗に対して０、輝度効率に対して２０ｃｄ／Ａ及び平均大型ＥＬセグメント輝度に対して２０００ｃｄ／ｍ２の標準値を用いるとき、２．５ｃｍ長大型ＥＬセグメントの長さに沿った電圧及び輝度が計算され、図８にプロットされる。

図８を参照すると、上側の曲線はデバイス電圧であり、その電圧はアノード接続付近において７．５ボルトからカソード接続付近において６．２ボルトまで降下する。カソードは完全な導体としてモデル化されたため、この降下は完全にアノード内の電流密度に起因する。しかしながら、動作範囲におけるＪ−Ｖ曲線の高い勾配に起因して、輝度は、３８００ｃｄ／ｍ²から１３００ｃｄ／ｍ²まで変化する。デバイスの輝度変化の大きさを定量化するために、用語「輝度不均一性コントラスト」が用いられる。ＥＬセグメントの場合、それは（Ｂ_max−Ｂ_min）／（Ｂ_max＋Ｂ_min）に等しい。ただし、Ｂ_maxはＥＬセグメント内の最大輝度であり、Ｂ_minはＥＬセグメント内の最小輝度である。この場合、輝度不均一性コントラストは４９％に等しい。均一なＥＬセグメントであれば０％の輝度不均一性コントラストを有することになり、ＥＬセグメントにとって最悪の場合は、１００％の輝度不均一性コントラストになる。

大型ＥＬセグメントの輝度不均一性コントラストはセグメント幅に全く依存せず、セグメント長にのみ依存することは明らかである。設計された最大電流密度、すなわち設計された最大輝度において、輝度不均一性コントラストが５％よりも大きくなるほど十分に長いＥＬセグメントを、大型ＥＬセグメントと定義することが有用である。図８においてデータを提供した同じモデルを用いて、２０００ｃｄ／ｍ²の動作輝度を得るために長さが０．６９ｃｍを超えるときに、モデル化される大型ＥＬセグメントが長いＥＬセグメントと見なされるものと計算することができる。輝度が高くなるほど、「長い」が指示する長さは、０．６９ｃｍよりも短くなる。

長いＥＬセグメント、すなわち、最大設計動作電流において少なくとも５％の輝度不均一性コントラストを有する（suffer from）セグメントを用いるライティングパネルを設計する際に、透明拡散板をエミッタに極めて近接して配置しながらも輝度不均一性を実効的に取り除くことができるように、できる限り小さなＢＮＵＥを有することが望ましい。

本発明は、従来技術の同等のデバイスよりも小さな輝度不均一範囲（ＢＮＵＥ）を有するＥＬデバイスを提供する。これは、ここで対向するＥＬセグメント対と呼ばれる第１の実施形態において果たされる。図９及び図１０を参照する。図９は、細いＥＬセグメント９００を示しており、長いＥＬセグメントであり（＞５％輝度不均一性コントラスト）、そのＥＬセグメント長は、そのＥＬセグメント幅の少なくとも２．５倍であり、そのＥＬセグメント幅の５倍よりも大きいことが好ましい。デバイスの発光した部分の濃淡は、デバイスの相対的な輝度を概略的に示す（淡いほど明るい）。その細いＥＬセグメントの場合のＢＮＵＥ９１０は、ＥＬセグメント長に等しい。便宜的に、図９及びその後の全ての図は、電圧極性を付されており、それは透明電極がアノードであると仮定する。

図１０は対向するＥＬセグメント対１０００を示しており、２つの細いＥＬセグメント９００が互いに隣接して、狭い間隙１０１０だけ分離されて、単一の基板上に配置される。狭い間隙１０１０の幅は、細いＥＬセグメント幅の半分よりも小さい。細いＥＬセグメント幅の５分の１未満の狭い間隙幅であれば好ましいであろう。図に示されるようにバイアスをかけられるときに、透明電極電流が平行であるが、反対方向に流れるように、２つの細いＥＬセグメント９００が配置される。このように配置する結果として、第１の細いＥＬセグメント９００の最も明るい領域は、第２の細いＥＬセグメント９００の最も暗い領域に隣接する。結果として、対向するＥＬセグメント対のＢＮＵＥ１０２０は、デバイスの幅にのみ広がり、その長さには広がらない。幅は長さよりも短いため、ＢＮＵＥ１０２０は低減されている。

対向するＥＬセグメント対の利点は、拡散板が対向するＥＬセグメント対から短い距離に配置され、その拡散板が図１０において破線の正方形によって示される光拡散エリア１０３０を通過する光を平均化する能力を有することを想像してみると、さらに深く理解することができる。対向するＥＬセグメント対を形成する２つの細いＥＬセグメント９００の長さに沿って輝度が逆に変化することに起因して、光拡散エリア１０３０を通過する光の平均量は、デバイスの長さに沿って概ね一定になるであろう。図８の輝度曲線が直線であったなら、光拡散エリア１０３０の平均輝度は、デバイスの長さに沿って一定になるはずであるが、その曲線では直線ではないため、デバイスの中央よりも、その各端部において平均輝度はわずかに高いであろう。この場合、デバイス幅の方向において、ＢＮＵＥは小さく、輝度不均一性コントラストは大きいが、デバイス長の方向では、ＢＮＵＥは大きくなり、輝度不均一性コントラストは小さくなる。それにもかかわらず、対向するＥＬセグメント対から形成されるパネルは、他の点では同一である細いＥＬセグメントから形成されるパネルよりも均一性が増す。

上記のように、アノード接続から任意の特定の距離における光の全放射は、依然として一定ではない。２つのＥＬセグメントの幅を中点における幅に対して端部においてわずかに狭くすることによって、このような変化さえも、さらに小さくすることができる。残存する変化を軽減する別の方法は、２つのＥＬセグメントをそれぞれ楔形にすることであり、その楔はアノード接続を有する端部付近においてより狭く、反対側の端部においてより広い。このようにして、対向するＥＬセグメント対の全幅を一定に保つことができ、それにより、パネル設計を簡単にし、充填率を改善することができる。

図１１は折り返しＥＬセグメント１１００を示しており、そのセグメントは、対向するＥＬセグメント対１０００の簡単な変更形態である。アノード−カソード直列コネクタ１１１０を用いて、２つの対向する細いＥＬセグメント９００を直列に接続し、それにより、折り返しＥＬセグメント１１００を構成する。折り返しＥＬセグメント１１００は、電気的接続がいずれも透明基板の同じ縁部にあるという点で、対向するＥＬセグメント対１０００よりも好都合である。折り返しＥＬセグメント１１１０のためのＢＮＵＥ１１２０は、対向するＥＬセグメント対１０００のためのＢＮＵＥ１０２０と同等である。

図１２に示されるように、複数のＥＬセグメントを直列に連結して、ここでＥＬストリップ１２００と呼ばれることになるものを形成することも、従来技術（米国特許第６，６９３，３２９号明細書）において知られている。１つのＥＬセグメントのカソードが次のＥＬセグメントのアノードと接触できるようにすることによって、直列接続が形成される。この接続は、ＥＬストリップ直列接続１２１０と呼ばれる。

ＥＬストリップ１２００を使用することによって、照明及びＬＣＤバックライトに適用するためのより大型のＥＬパネルを製造する際に、多数のことが成し遂げられる。そのＥＬストリップによれば、より高い電圧、及びより低い電流を用いて、より大きなパネルを駆動できるようになり、それにより抵抗加熱による電力損が低減される。また、ＥＬストリップ１２００によれば、ＥＬデバイスが電気的接続間の距離をさらに長く延ばすことができるようになる。長さがわずか２．５ｃｍの長いＥＬセグメントが、著しい輝度不均一性コントラストを生じることが先に示された。（たとえば）１０個のＥＬセグメントから１つのＥＬストリップを形成することによって、輝度不均一性コントラストを増すことなく、２５ｃｍの距離に延ばすことができるか、又は輝度不均一性コントラストを著しく改善して、１０ｃｍの距離に延ばすことができる。

図１３は、細いＥＬストリップ１３００の輝度不均一性コントラストを示しており、そのストリップは複数の細いＥＬセグメント９００を直列に接続することによって形成される。各ＥＬストリップ接続１２１０は、ストリップでない場合に細いＥＬセグメント９００の各対間に配置されることになる透明電極コネクタ２３０及び反射電極コネクタ２４０の代わりに用いられる。細いＥＬストリップ１３００を形成する細いＥＬセグメント９００はそれぞれ、単独の細いＥＬセグメントと同じ輝度不均一性を有する。これが、図１３において段階的な濃淡によって概略的に示される。細いＥＬストリップ１３００のＢＮＵＥは、細い各ＥＬセグメント９００の長さに、ＥＬストリップ直列接続から生じる間隙を加えた値に等しい。間隙は図面において白色であるように示されるが、実際にはこの領域から光は放射されないことに留意されたい。

対向するＥＬセグメント対１０００及び折り返しＥＬセグメント１１００が細いＥＬセグメント９００のＢＮＵＥを小さくすることを実証したのと同じようにして、細いＥＬストリップ１３００のＢＮＵＥを小さくすることもできる。図１４は、対向するＥＬストリップ対１４００を示しており、そのストリップ対は、細い各ＥＬストリップ１３００内の透明電極電流の方向が平行であるが、逆であるように、２つの細いＥＬストリップ１３００を互いに隣接して配置することによって形成される。このようにして、ＥＬストリップ１２００の利点の全てを保持しながら、ＢＮＵＥ１４１０が、細い各ＥＬセグメント１３００の長さから、対向するＥＬストリップ対の幅に低減される。

図１５は、折り返しＥＬストリップ１５００を示しており、それは対向するＥＬストリップ対１４００の簡単な変更形態である。アノード−カソード直列コネクタ１１１０を用いて、２つの細いＥＬストリップ１３００を直列に接続し、それにより折り返しＥＬストリップ１５００を構成する。折り返しＥＬストリップ１５００は、電気的接続がいずれも透明基板の同じ縁部にあるという点で、対向するＥＬセグメント対よりも好都合である。折り返しＥＬストリップ１５００のためのＢＮＵＥ１５１０は、対向するストリップ対のためのＢＮＵＥ１４１０と同等である。

或る高度なＬＣＤバックライトでは、コントラストを改善し、消費電力を削減し、モーションアーチファクトを低減するために、「動的走査」及び「深い動的調光（deep dynamic dimming）」と呼ばれる方法が提案されている。これらの方法では、バックライトが別個の領域又はゾーンに分割される必要があり、それらの領域又はゾーンは、それぞれ特定の輝度に個別に制御することができ、その輝度は、表示内容及びフレームタイミングとともに変化するであろう。単一の所望の輝度において動作することができる、有効な長さ及び幅から成る領域を有し、且つ低いＢＮＵＥを有することが望ましい。図１６は、４つの折り返しＥＬストリップ１５００から成るアレイを含む、低ＢＮＵＥ ＥＬ−ゾーン１６００を示す。このＥＬゾーンのためのＢＮＵＥ１６１０は、そのＥＬゾーンを含む低ＢＮＵＥ ＥＬデバイスの幅に概ね等しい。並列電極ネットワーク１６２０が全てのアノードコネクタを互いに接続し、且つ全てのカソードコネクタを互いに接続して、折り返しＥＬストリップ１５００を全て、単一の電流又は電圧ドライバによって同時に駆動できるようにする。

一般的に、低ＢＮＵＥ ＥＬゾーンは、任意の数の低ＢＮＵＥ ＥＬデバイスを互いに隣接して配置することによって形成することができる。低ＢＮＵＥ ＥＬデバイスは、対向するＥＬセグメント対、折り返しＥＬセグメント、対向するＥＬストリップ対、及び折り返しＥＬストリップを含む。図１７は、低ＢＮＵＥ ＥＬパネル１７００を示しており、それは６つの個別の低ＢＮＵＥ ＥＬゾーンを含む。一般的に、パネルは単一の基板上に構成されることになるが、いくつかのより小さな基板上に製造して、続いてこれらの基板を互いに接合して単一のデバイスを形成することもできる。低ＢＮＵＥ ＥＬパネルは、簡単なエリアライトパネルの場合のように、単一の低ＢＮＵＥ ＥＬゾーンを含むことができるか、又はＬＣＤ用のバックライトの場合のように、複数の低ＢＮＵＥ ＥＬゾーンを含むことができ、その場合、各低ＢＮＵＥ ＥＬゾーンは１つの電流又は電圧ドライバによって個別に駆動される。

１００ ＥＬセグメント
１１０ 透明基板
１２０ 透明アノード
１３０ 発光素子
１４０ 反射性カソード
１５０ アノード電流
１６０ カソード電流
１７０ デバイス貫通電流
２００ ライトパネル
２１０ 個別ランプ
２２０ 輝度不均一範囲（ＢＮＵＥ）
２３０ 透過型拡散板
２４０ 拡散板間隙
２５０ ゼロの間隙の場合の輝度プロット
２６０ 小さい間隙の場合の輝度プロット
２７０ より大きい間隙の場合の輝度プロット
３００ 大型ＥＬセグメント
３１０ 透明電極
３２０ 反射電極
３３０ 透明電極コネクタ
３３５ 透明電極接続
３４０ 反射電極コネクタ
３４５ 反射電極接続
３５０ 透明電極電流
３６０ 反射電極電流
３７０ ＥＬセグメント長
３８０ ＥＬセグメント幅
４１０ 透明電極電流密度
４２０ 反射電極電流密度
５１０ 透明電極電圧
５２０ 反射電極電圧
５３０ 透明電極コネクタの近くのＥＬセグメント電圧
５４０ 反射電極コネクタの近くのＥＬセグメント電圧
６１０ オーミックデバイスの場合のＪ−Ｖ曲線
６２０ 完全なダイオードの場合のＪ−Ｖ曲線
６３０ 実際のダイオードの場合のＪ−Ｖ曲線
９００ 細いＥＬセグメント
９１０ ＢＮＵＥ
１０００ 対向するＥＬセグメント対
１０１０ 狭い間隙
１０２０ ＢＮＵＥ
１０３０ 光拡散エリア
１１００ 折り返しＥＬセグメント
１１１０ アノード−カソード直列コネクタ
１１２０ ＢＮＵＥ
１２００ ＥＬストリップ（従来技術）
１２１０ ＥＬストリップ直列接続
１３００ 細いＥＬストリップ
１３１０ 細いＥＬストリップの場合のＮＵＥ
１４００ 対向するＥＬストリップ対
１４１０ ＢＮＵＥ
１５００ 折り返しＥＬストリップ
１５１０ ＢＮＵＥ
１６００ 低ＢＮＵＥ ＥＬ−ゾーン
１６１０ ＢＮＵＥ
１６２０ 並列電極ネットワーク
１７００ 低ＢＮＵＥ ＥＬパネル

Claims (8)

1. 対向するＥＬセグメント対を有するエレクトロルミネセンスデバイスであって、
   （ａ）第１のデバイス貫通電流に応答して光を生成し、第１の透明電極接続及び第１の反射電極接続を有する第１のＥＬセグメントと、
   （ｂ）第２のデバイス貫通電流に応答して光を生成し、第２の透明電極接続及び第２の反射電極接続を有し、前記第１の透明電極接続が前記第２の透明電極接続と反対側の端部にあり且つ前記第１の透明電極の電流の方向が前記第２の透明電極の電流の方向に対して平行であるが逆であるように、前記第１のＥＬセグメントに隣接し且つ離間される、第２のＥＬセグメントとを備え、
   （ｃ）前記第１のＥＬセグメント及び前記第２のＥＬセグメントは、該２つのＥＬセグメントに同時に順方向バイアスをかけることができるように共通の電源に接続され、
   前記第１の透明電極接続及び前記第２の透明電極接続は電気的に共通であり、前記第１の反射電極接続及び前記第２の反射電極接続は電気的に共通である、エレクトロルミネセンスデバイス。
2. 前記第１のＥＬセグメント及び前記第２のＥＬセグメントは長いＥＬセグメントであり、該ＥＬセグメントは、最大設計デバイス電流において、前記ＥＬセグメント内の最大輝度Ｂ _max と最小輝度Ｂ _min との差（Ｂ _max −Ｂ _min ）の前記最大輝度Ｂ _max と最小輝度Ｂ _min との和（Ｂ _max ＋Ｂ _min ）に対する比である輝度不均一性コントラストが５％よりも大きな値を有する、請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
3. 前記第１のＥＬセグメント及び前記第２のＥＬセグメントは細いＥＬセグメントであり、該ＥＬセグメントはそれぞれＥＬセグメント幅の少なくとも２．５倍のＥＬセグメント長を有する、請求項２に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
4. 前記第１の反射電極接続は前記第２の透明電極接続に隣接し、前記第１の反射電極接続はアノード−カソード直列コネクタによって第２の透明電極接続に電気的に接続され、折り返しＥＬセグメントを形成する、請求項１に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
5. 対向するＥＬストリップ対を有するエレクトロルミネセンスデバイスであって、
   （ａ）デバイス貫通電流に応答して光を生成し、第１の透明電極接続及び第１の反射電極接続を有する、直列に接続された２つ以上のＥＬセグメントを有する第１のＥＬストリップと、
   （ｂ）第２のデバイス貫通電流に応答して光を生成し、第２の透明電極接続及び第２の反射電極接続を有し、前記第２の透明電極接続が前記第１の透明電極接続と反対側の端部にあり且つ前記第１のＥＬストリップ内の各ＥＬセグメントにおける前記透明電極の電流の方向が前記第２のＥＬストリップ内の各ＥＬセグメントにおける前記透明電極の電流の方向に対して平行であるが逆であるように、前記第１のＥＬストリップに隣接し且つ離間される、第２のＥＬストリップとを備え、
   （ｃ）前記第１のＥＬストリップ及び前記第２のＥＬストリップは、該２つのＥＬストリップに同時に順方向バイアスがかかるように共通の電源に接続され、
   前記第１の透明電極接続及び前記第２の透明電極接続は電気的に共通であり、前記第１の反射電極接続及び前記第２の反射電極接続は電気的に共通である、エレクトロルミネセンスデバイス。
6. 前記ＥＬセグメントは長いＥＬセグメントであり、それぞれが、最大設計デバイス電流において、前記ＥＬセグメント内の最大輝度Ｂ _max と最小輝度Ｂ _min との差（Ｂ _max −Ｂ _min ）の前記最大輝度Ｂ _max と最小輝度Ｂ _min との和（Ｂ _max ＋Ｂ _min ）に対する比である輝度不均一性コントラストが５％よりも大きな値を有する、請求項５に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
7. 前記ＥＬセグメントは細いＥＬセグメントであり、それぞれが、前記セグメント幅の少なくとも２．５倍の長さを有する、請求項６に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。
8. 前記第１の反射電極接続は前記第２の透明電極接続に隣接し、前記第１の反射電極接続はアノード−カソード直列コネクタによって第２の透明電極接続に電気的に接続され、折り返しＥＬセグメントを形成する、請求項５に記載のエレクトロルミネセンスデバイス。

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