JPS61159693A - 薄膜ｅｌパネルの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高電界の印加によりＥＬ（エレクトロルミネッ
センス）発光を示す片絶縁型または二重絶縁型薄膜ＥＬ
素子を用いた薄膜ＥＬパネルの駆動方法に関するもので
ある。

〔従来技術〕

従来、薄膜ＥＬパネルに用いられる薄膜ＥＬ素子におい
ては輝度と発光効率を改善し、長時間にわたる動作の安
定性を得るために、発光中心として０．５〜３ｍｏｊ！
％のＭｎあるいはＴｂＦ３゜ＳｍＦ３．ＰｒＦ３等を添
加したＺｎＳ、Ｚｎ５ｅ等の発光層を、Ｙ２Ｏ３あるい
はＡｌ２Ｏ３゜ＰｂＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｓｉ３　
Ｎ４等の絶縁層で両側より挟んでいわゆる二重絶縁構造
の薄膜ＥＬ棄子が用いられている。

二重絶縁型薄膜ＥＬ素子の基本構造の一例を第４図に示
す〔ニス・アイ・ディー・インターナショナル・シンポ
ジウム・ダイジェスト・オブ・テクニカル・ペーパーズ
（ＳＩＤ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓ
ｔｕｍ　Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐ
ａｐｅｒｓ　（１９７４）　８４））　。

第４図において、２１はガラス基板、２２は■ｎ２０３
．５ｎ０２　、ＩＴｏあるいは金属薄膜等からなる基板
側透明電極、２３はこの基板側透明電極上に電子ビーム
あるいはスパッタ蒸着法等により蒸着されたＹ２０コ、
Ａｇ３０３　、　　Ｐ、ｂＴ　ｉ０３　＊　ＢａＴｉＯ
３、Ｓ　ｉ３０４等の絶縁層、２４はこの絶縁層の上に
蒸着されたＭｎ、ＴｂＦ３゜ＳｍＦ３．ＰｒＦ３等の発
光中心を含むＺｎＳからなる発光層である。この発光層
２４も電子ビーム莫着法あるいはスパッタ蒸着法等によ
り製造される。２５は発光層２４の上に蒸着された絶縁
層でありその蒸着法及び材料は絶縁層２３と同様である
。２６は絶縁層２５の上に蒸着されたＡｆまたはＩＴＯ
等よりなる電極であり、２７はＥＬ素子を駆動する交流
電源であり、電極２２と電極２６に接続されている。

次に二重絶縁型薄膜ＥＬ素子の発光原理を第４図に示す
構造の素子について簡単に説明する。

発光層２４は発光開始前は単純なコンデンサと考えられ
る。従って電極２２と２６との間に電源２７の交流電圧
を印加すると、発光層２４及び絶縁層２３．２５には各
々の静電容量に応じた電圧が加えられる０発光層２４に
加えられる電界が十分高くなるとく約ＩＱ’Ｖ／ｃｓ＋
以上）発光層２４の伝導帯に電子が励起される。この電
子は電界によって加速され発光中心を励起するのに十分
なエネルギーを持って発光中心に衝突する。これにより
適当な励起状態に上がった発光中心の電子が基底状態へ
戻る際に、発光中心に固有なエネルギー値を持った光が
放出される。実際には結晶格子との相互作用等により発
光スペクトルはある程度の拡がりを持つ。発光中心とし
てＭｎ、ＴｂＦ３゜ＳｍＦ３またはＰｒＦ３を用いた場
合はそれぞれ黄橙色、緑色、赤色、白色の発光が観測さ
れる。

第５図には二重絶縁型薄膜ＥＬ素子に印加する交流パル
ス電圧の例を示す。ピーク電圧値がＶｐの対称交流パル
ス電圧をＥＬ素子に印加すると第６図に示すような輝度
対電圧特性を示す。このとき発光が始まる電圧を発光開
始電圧と呼びｖｔｈで表される。

以上二重絶縁型薄膜ＥＬ素子について述べたが、上述し
たことはＥＬ素子の絶縁層２３または２５のいずれか一
方を取り除いた構造を有するいわゆる片絶縁型薄１１Ｅ
Ｌ素子についても適用される。

以下では二重絶縁型または片絶縁型薄１１ＥＬ素子をま
とめて絶縁型薄膜ＥＬ素子と呼ぶ。

ところで上述したことから明らかなように、発光は二つ
の電極が重なっている部分のみで起こるので綿状電極を
互いに直交するように配置した場合は、二つの電極の交
点の電位差が発光開始電圧ｖｔｈより高い部分において
のみ発光が起こる。このような電極配置を用いて薄膜Ｅ
Ｌパネルが構成される。薄膜ＥＬパネルの断面斜視図を
第７図に示す。図において２１〜２６は第４図の要素と
同じ要素を示している。゛またこのＥＬパネルの電極の
配置のみに注目した図を第８図に示す。Ｘｌ　。

Ｘ２．　　・・・、Ｘ消が行電極、ｙＩ、３’２．　　
・・・、ｙｏ　が列電極を示す。

次に絶縁型薄膜ＥＬ素子を用いた薄膜ＥＬパネルの駆動
方法の従来例について簡単に説明する。

なお従来例は全てディスプレイ・ドライバーハンドブッ
ク　（Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｄｒｉｖｅｒ　Ｈａｎｄｂｏｏ
ｋ　１９８３　（Ｔｅｘａｓ　Ｉｎｓ’ｔｒｕｍｅｎｔ
ｓ　）　）によった、第９図は第７図および第８図に示
す薄膜ＥＬパネルの従来の駆動方法において用いられる
パルス波形の一例を示す。

行電極Ｘｌ　、　　・・・Ｘｌｎには第９図に示すよう
に、まず−斉に正電圧のリフレッシュパルスが印加され
、その後各行電極を走査する負電圧のパルスが順次位相
をずらしながら各行電極ＸＩ、Ｘ２．　　・・・、　　
ｘ＠に印加される。一方、列電極ｙＩ、・・・、ｙｎに
は第９図の破線で示される位置に発光パターンに対応し
た電圧が行電極に印加される電圧に位相をそろえて出力
される。このようにして行電極と列電極の交点である各
画素に交流パルス電圧が印加され、負電圧のパルスによ
り選択された行電極Ｘｉ　　と正の電圧パルスを加えら
れた列電極ｙ・　の交点の素子（ｉ、ｊ）において発光
がおこる。

上述の電圧を各電極に印加するための駆動回路の回路構
成の例を第１θ図に示す。図において、ｌは絶縁型薄膜
ＥＬ素子を用いた薄膜ＥＬパネル、２は行電極、３は列
電極、４は行電極ドライバ、５は行電極用ダイオード、
１１は両極性の打電圧発生回路であり、これの出力電圧
は第９図のＶｃに示した。この両極性の打電圧発生回路
１１と行電極ドライバ４１行電極用ダイオード５により
第９図に示した各行電極ｘｌ、ｘ２．・・・＋　　ｘｔ
ｎに印加する電圧Ｖｘ１．　　Ｖｘ２．　　・・・、Ｖ
ｘｆｆ、が作られる。また７は列電極ブツシュドライバ
、８は列電極プルドライバ、９は列電極用ダイオード、
１０は列電極用直流電源であり、これらを用いて第９図
に示した列電極）’１．）’２．　　・・・、ｙｎに印
加する電圧パルスｖｙ、、　ｖｙ、、　　・・・＋　　
ＶＶｎが発光パターンに対応した入力信号に従って作ら
れる。

第１１図には両極性の打電圧発生回路１１の回路例を示
す。図においてＩｆ、１２．Ｉ３は入力端子であり、Ｑ
ｌ、Ｑ２．Ｑ３．Ｑ４は出力トランジスタである。正極
性の直流電圧＋Ｅｃ、負極性の直流電圧−Ｅｃを第１１
図に示すように印加し、入力端子１１．Ｉ２．Ｉ３に第
１２図に示した電圧をそれぞれ加えると出力端子Ｃより
第１２図のＶｃで示した電圧が出力される。この出力電
圧は第９図に示したＶｃと同一である。

〔従来技術の問題点〕

従来、薄膜ＥＬパネルに用いられる薄膜ＥＬ素子には必
ず絶縁層が用いられてきた。これは前にも述べたように
輝度と効率を改善し、また素子の長時間にわたる動作の
安定性を著しく改善する効果があるためである。特に第
４図または第７図に示す絶縁層２５は外界から水分が発
光層２４に侵入し発光層中における高電界によって電気
化学的作用を引き起こす結果、発光層２４が劣化するこ
とを防止するという重要な役割を担っている。従はじめ
て薄膜ＥＬ素子の長期にわたる動作の信頼性が確立され
るものであり、これなくしては薄膜ＥＬ素子の長時間に
わたる動作の安定性を確保することは不可能である。

しかしながら薄膜ＥＬ素子がこのような絶縁層をその構
成中に有することはＥＬ素子の駆動において非常に重大
な障害を発生せしめることとなった。すなわちこのよう
な絶縁層は容量としてのみ働くため、絶縁型薄膜ＥＬ素
子を直流電圧では駆動することができない。また単極性
のパルス電圧を印加しても発光が観測されない、すなわ
ち単極性のパルス電圧でも駆動することができない。従
って絶縁型薄膜ＥＬ素子を駆動するには、第５図に示し
たように正極性と負極性の電圧の絶対値の比が１または
１に近い交流電圧を用いて駆動しなければならなかった
。これと同様の事が薄膜ＥＬパネルを構成する絶縁型薄
膜ＥＬ素子についてもいえる。このためＥＬパネルの従
来の駆動方法においては駆動回路が複雑となる、駆動回
路の信頼性が低下する、コストが上昇する等の欠点を有
していた。

〔発明の目的〕

本発明の目的はこのような従来の欠点を除去し、薄膜Ｅ
Ｌ素子として輝度と発光効率が高く長期にわたる動作の
安定性を持つ片絶縁型または二重絶縁型ｉ膜ＥＬ素子を
用いた薄膜ＥＬパネルの駆動回路が簡単になる駆動方法
を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明は、片絶縁型または二重絶縁型薄膜ＥＬ素子を用
いた薄膜ＥＬパネルの駆動方法において、該パネルを構
成する前記薄膜ＥＬ素子に単極性のパルス電圧を印加し
て発光を行わせることを特徴としている。

〔構成の詳細な説明〕

本発明の上述の構成をとることにより従来技術の問題点
を解決した。

従来、絶縁層を有する薄膜ＥＬ素子は交流電圧を用いな
いと発光しないとされていた。実際、第５図に示したピ
ーク電圧値がＶｐの対称交流パルス電圧により絶縁層を
有する薄膜ＥＬ素子が発光している場合に、第１３図に
示したピーク電圧ＶｍがＶｐに等しい単極性パルス電圧
を絶縁型薄膜ＥＬ棄子に印加した場合発光は観測されな
い。このような事実から絶縁層を有する薄膜ＥＬ素子は
単極性パルス電圧では発光しないと考えられていた。

しかし、本願発明者による実験によれば、単極性パルス
電圧であってもそのピーク電圧ＶｍＯ値をさらに増大さ
せると絶縁層を有する薄膜ＥＬ素子においても発光する
ことが見い出された。しがも、この現象は絶縁層を具備
していないＤＣ駆動型の薄膜ＥＬ棄子の発光現象とは異
なっていることがわかった。すなわち、ＤＣ駆動型の薄
膜ＥＬ素子では発光輝度は電圧印加時間にほぼ比例する
が、絶縁層を有する薄膜ＥＬ素子に単極性の高電圧パル
スを印加することによって得られる発光輝度は電圧印加
時間には比例しない。このような絶縁層を有する薄膜Ｅ
Ｌ素子の単極性高電圧パルス印加時の発光動作を調べた
結果、次のことがわかった。第１４図にその結果を説明
するための波形図を示す。ここで実効電流とは薄膜ＥＬ
素子を流れる全電流から容量を充電する分を差引いた実
際に素子の発光に寄与する電流を意味する。第１４図に
おいて、（ａ）は絶縁層を有しないＤＣ駆動型薄膜ＥＬ
素子に印加される電圧と実効電流を示す。図から明らか
なように印加電圧にほぼ比例した形で実効電流が流れて
いる。これに対して（ｂ）に示すように絶縁層を有する
薄膜ＥＬ素子では交流パルス電圧を印加すると過渡的に
実効電流が流れ、これにより発光がおこる。次にこの絶
縁型薄膜ＥＬ素子に（ｂ）と同じ程度のピーク電圧を持
つ単極性のパルス電圧を印加した場合を（ｃ）に示す。

最初のパルスにおいてはかなりの過渡的な実効電流が流
れるが、次のパルスにおいては実効電流はすぐに減衰し
、以下に続くパルスにおいてはついには実効電流が流れ
なくなる。このため発光も実効電流に伴った発光が最初
見られるだけで実効電流の減衰とともに発光も見られな
くなる。

これに対して（ｄ）は（Ｃ）における電圧をさらに大き
くした場合を示す。図から明らかなように電圧パルスの
立上り部及び立下り部において過渡的な実効電流が流れ
る。この実効電流のピークに注目すると、最初の電圧パ
ルスで最大値を示し、以後の電圧パルスではピークは減
少していくが、ついには定常値に達する。従って過渡的
な実効電流が流れる毎に発光が観測されることになり、
視覚的には持続した発光が観測される。

以上のことから明らかなように、絶縁層を有しないＤＣ
型薄膜ＥＬ素子では実効電流が印加電圧のパルス幅にほ
ぼ比例して流れる。従って実効電流の平均値はパルスの
デユーティに比例する。発光輝度は実効電流に比例する
ので、パルスのデユーティに比例することとなる。これ
に対し絶縁層を有する薄膜ＥＬ素子においては、電圧パ
ルスの立上り部及び立下り部の過渡的な実効電流により
発光を生ずるため、この発光は印加電圧のパルス幅には
依存しない。このように本願発明者によって見い出され
た絶縁層を有する薄膜ＥＬ素子の単極性パルス電圧によ
る発光は絶縁層を有しない薄膜ＥＬ素子の発光とは上述
の点で異なるものである。

以上述べたことから明らかなように絶縁層を有する薄膜
ＥＬ素子であってもピークの選定により単極性のパルス
電圧で駆動することができる。従ってこの現象を利用し
て薄膜ＥＬパネルを構成する片絶縁型または二重絶縁型
薄膜ＥＬ素子に単極性のパルス電圧を印加することによ
り発光を行わせることができ、これによりＥＬ素子に交
流パルス電圧を印加して発光を行わせる場合に比べて薄
膜ＥＬパネルの駆動回路が簡単ですむ駆動方法が実現さ
れる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。

第１図は、本発明の一実施例を説明するための図であり
、絶縁型薄膜ＥＬ素子を用いた薄膜ＥＬパネルに供給さ
れるパルスの波形図を示す。ＥＬ素子に印加する電圧を
交流電圧とする必要がないため行電極Ｘｌ、Ｘ２．　　
・・・、　　ＸｙＩに印加する電圧Ｖｘｌ、　　Ｖｘ２
．　　・・＋、　　Ｖｘｍニは、従来例を示した第９図
の波形図に見られるリフレッシュパルスが不要となり、
このため行電極Ｘｌ、Ｘ２．　　・・・Ｘ　に印加すべ
き電圧波形゛が従来例と比べて簡単になる。列電極）’
１．）’２．　　・・・ｙｎ　に印加すべき電圧は第９
図の波形図に示す従来例の波形と同じでよい。

第２図には第１図の電圧波形を実現するための駆動回路
の回路構成図を示す。図において、１〜５及び７〜１０
は、第１０図に示す駆動回路の要素と同じ要素を示して
いる。第１０図の回路構成と異なる点は、打電圧発生回
路６の発生電圧が両極性から単極性となったことである
。単極性の打電圧発生回路６の出力電圧Ｖｃｚは第１図
に示した。

出力電圧Ｖｃ２が単極性ですむため単極性の打電圧発生
回路６は従来の両極性の打電圧発生回路１１に比べて非
常に簡単な回路でよい。第３図には単極性の打電圧発生
回路６の回路例を示す。この打電圧発生回路は、２個の
コンデンサＣｏｌ、Ｃ。

２と、２個のツェナーダイオードＺｌ、Ｚ２と、出力ト
ランジスタＱ５．Ｑ６と、抵抗Ｒ１，Ｒ２とから構成さ
れ、出力トランジスタＱ５．Ｑ６及び抵抗Ｒ１，Ｒ２よ
りなる直列回路は基準電圧（−零電位）と負電圧−Ｅｃ
との間に接続される。入力端子■３に、第１２図に示す
■３の信号が供給されると、電圧がスイッチされ、出力
端子Ｃ２に第１図に示す単極性の電圧Ｖｃｚが発生する
。この打電圧発生回路を、第１１図の従来例と比較する
と明らかなように、従来は直流電源が正電圧＋ＥＣと食
型−Ｅｃの二つ必要であったのに対し、負電圧−Ｅｃの
みですむようになる。さらに電圧をスイッチするのに必
要な回路部品数が半分以下となる。また第３図の打電圧
発生回路を制御するための信号は第１２図に示すＩ３の
みであるため打電圧発生回路を制御するのに必要な信号
の数が従来の１／３ですみ制御が非常に簡単となる。

また、このように薄膜ＥＬパネルに単極性のパルス電圧
を印加して発光を行わせる駆動回路は、ここに述べた例
に限らずどのような回路構成においても両極性のパルス
電圧を用いる場合に比較して回路を簡単化することがで
き、駆動回路の小型化、軽量化に有効であるとともに、
回路部品数を減少させることができるために回路の信頼
性向上に役立つものである。

〔発明の効果〕

以上述べた通り本発明によれば、リフレッシュ電圧を必
要としない薄膜ＥＬパネルの駆動方法が実現され、これ
により薄膜ＥＬパネルの駆動回路が簡単となり、より安
価でより信頼性の高い薄膜ＥＬパネルの駆動回路を得る
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための薄膜ＥＬパ
ネル駆動回路の各部の電圧波形を示す波形図、 第２図は第１図の波形図に示した電圧を発生する駆動回
路の一例の回路構成図、 第３図は第２図の駆動回路に用いられる単極性の打電圧
発生回路の回路構成図、 第４図は薄１１１ＥＬ素子の断面図、 第５図は薄膜ＥＬ素子に印加する対称交流パルス電圧の
波形図、 第６図は薄膜ＥＬ素子の輝度対電圧特性を示す図、 第７図は薄膜ＥＬパネルの断面斜視図、第８図は薄膜Ｅ
Ｌパネルの電極配置を示す図、第９図は従来の薄膜ＥＬ
パネルの駆動方法を説明するための波形図、 第１Ｏ図は第９図の波形図に示した電圧を発生する駆動
回路の回路構成図、 第１１図は第１０図の駆動回路に用いられる両極性の打
電圧発生回路の回路構成図、 第１２図は第１１図の打電圧発生回路に印加すべき入力
電圧の波形図、 第１３図は薄膜ＥＬ素子に印加する単極性パルス電圧の
波形図、 第１４図は本発明の詳細な説明するための波形図である
。 １・・・・・・薄膜ＥＬパネル ２・・・・・・行電極 ３・・・・・・列電極 ４．７．８・・ドライバ ５．９・・・・ダイオード ６．１１・・・打電圧発生回路 ｌＯ・・・・・直流電源 ２１・・・・・ガラス基板 ２２．２６・・電極 ２３．２５・・絶縁層 ２４・・・・・発光層 ２７・・・・・電源 ■３・・・・・入力端子 Ｃ２・・・・・出力端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）片絶縁型または二重絶縁型薄膜ＥＬ素子を用いた
   薄膜ＥＬパネルの駆動方法において、該パネルを構成す
   る前記薄膜ＥＬ素子に単極性のパルス電圧を印加して発
   光を行わせることを特徴とする薄膜ＥＬパネルの駆動方
   法。