KR20030086428A - 전계 발광 소자의 구동 방법 - Google Patents
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Abstract
발광 영역을 갖는 층이 양극과 음극 사이에 형성되어 있는 전계 발광 소자가 바이폴라형 파형을 상기 소자에 대한 1 화상 표시 기간 당 구동 파형으로서 인가함으로써 구동된다. 1 화상 표시 기간은 발광 기간과 비발광 기간으로 분할된다. 1화상 표시 기간 당 구동 파형은, 상기 발광 기간에서 발생되는 전계와 반대의 극성인 전계를 생성하는 구동 파형(전류 또는 전압)이 상기 비발광 기간에 인가되고, 상기 발광 기간에서 전압값과 인가 시간을 곱셈한 적분 강도가 상기 비발광 기간에서 전압값과 인가 시간을 곱셈한 값과 균형을 이루거나 또는 이에 의해 상쇄되도록 설정된다. 전계 발광 소자에 최적화된 구동 파형이 인가되기 때문에, 소자의 고 신뢰성 및 수명 장기화를 구현할 수 있다.
Description
본 발명은, 발광 영역을 갖는 층이 양극과 음극 사이에 형성되어 있는 전계 발광 소자(EL 소자)의 구동 방법에 관한 것이다.
브라운관(CRT)은, 휘도가 높고, 색 재현성이 좋기 때문에, 디스플레이로서 가장 많이 사용되고 있지만, 부피가 크고, 무겁고, 또한 소비 전력도 크다고 하는 문제가 있다. 이것에 대하여, 경량으로 고효율의 평판 디스플레이가, 예를 들면 컴퓨터나 텔레비전 수상기의 화면 표시용으로서 왕성하게 연구, 개발되고 있다.
예를 들면 액티브 매트릭스 구동 등의 액정 디스플레이가, 경량이고 고효율인 평판 디스플레이로서 상품화되어 있다.
그러나, 액정 디스플레이는, 시야각이 좁고, 또한, 자발광이 아니기 때문에, 주위가 어두운 환경 하에서는 백 라이트의 소비 전력이 크고, 장래에 실용화가 기대되고 있는 고해상도의 고속 비디오 신호에 대하여 충분한 응답 성능을 갖고 있지 않으며, 잔상 현상이 생기는 등의 문제점이 있다. 특히, 대화면 사이즈의 디스플레이를 제조하는 것은 곤란하고, 그 비용이 높다는 등의 과제도 있다.
이것에 대한 대체로서, 발광 다이오드를 이용한 디스플레이의 가능성이 있지만, 역시 제조 비용이 높고, 또한, 1개의 기판 상에 발광 다이오드의 매트릭스 구조를 형성하는 것이 어렵다는 등의 문제가 있어, 브라운관을 대체할 저가격의 디스플레이 후보로서는, 실용화까지의 과제가 많다.
이들 여러가지 과제를 해결할 가능성이 있는 평판 디스플레이로서, 최근, 유기 발광 재료를 이용한 유기 전계 발광 소자(유기 EL 소자)가 주목받고 있다. 즉, 발광 재료로서 유기 화합물을 이용함으로써, 자발광으로서, 응답 속도가 고속이고, 시야각 의존성이 없는 평판 디스플레이의 실현이 기대되고 있다.
유기 전계 발광 소자의 구성은, 투광성의 양극과 금속 음극 사이에, 전류의 주입에 의해서 발광하는 발광 재료를 포함하는 유기 박막을 형성한 것이다.
C. W. Tang, S. A. VanSlyke 등은, "Applied Physics Letters" 제51권, 12호, 913∼915페이지(1987년)에 게재된 연구보고에 있어서, 유기 박막을 정공 수송성 재료로 이루어지는 박막과 전자 수송성 재료로 이루어지는 박막의 2층 구조로 하고, 각각의 전극으로부터 유기 박막 내에 주입된 홀과 전자가 재결합함으로써 발광하는 소자 구조(싱글 헤테로 구조의 유기 EL 소자)를 개발하였다. 이 소자 구조에서는, 정공 수송 재료 또는 전자 수송 재료 중 어느 하나가 발광 재료를 겸하고 있고, 발광은 발광 재료의 기저 상태와 여기 상태의 에너지 갭에 대응한 파장대에서 일어난다. 이러한 2층 구조로 함으로써, 대폭적인 구동 전압의 저감, 발광 효율의 개선이 행하여졌다.
그 후, C. Adachi, S. Tokita, T. Tsutsui, S. Saito 등의 "Japanese Journal of Applied Physics" 제27권, 2호, L269∼L271페이지(1988년) 게재의 연구 보고에 기재된 바와 같이, 정공 수송 재료, 발광 재료, 전자 수송 재료의 3층 구조(더블 헤테로 구조의 유기 EL 소자)가 개발되고, 또한, C. W. Tang, S. A. VanSlyke, C. H. Chen 등의 "Journal of Applied Physics" 제65권, 9호,3610∼3616페이지(1989년) 게재의 연구 보고에 기재된 바와 같이, 전자 수송 재료 내에 발광 재료를 포함시킨 소자 구조 등이 개발되었다. 이들 연구에 의해, 저전압이고, 고휘도의 발광의 가능성이 검증되어, 최근, 연구 개발이 매우 활발히 행해지고 있다.
발광 재료로 이용하는 유기 화합물은, 그 다양성 때문에, 이론적으로는 분자 구조를 변화시킴으로써 발광색을 임의로 바꿀 수 있다고 하는 이점이 있다고 할 수 있다. 따라서, 분자 설계를 실시함으로써, 풀컬러 디스플레이에 필요한 색 순도가 좋은 R(적), G(녹), B(청)의 3색을 갖추는 것은, 무기물을 이용한 박막 EL 소자와 비교하여 용이하다고 할 수 있다.
또한, 엄밀한 의미에서 유기 재료라고는 할 수 없지만, 금속 이온을 중심으로 유기 화합물이 배위하여 이루어지는 금속 착체 재료도 전계 발광 소자 재료로서 이용되고 있어서, 일반적으로는 유기 EL 발광 재료의 범주로서 취급되고 있다.
그 전형적인 예로서, 알루미늄 이온을 중심 금속으로 하여, 8-퀴놀리놀이 3 분자 배위한 트리스(8-퀴놀리놀) 알루미늄(이하, Alq3라 함)을 들 수 있다. 이 Alq3의 발광은, 배위한 8-퀴놀리놀에 국지적으로 존재하는 π- π*여기 상태로부터의 형광으로 귀속되어 있고, 유기물로부터의 발광과 동등하게 해도 지장은 없을 지도 모른다. 또한, 최근, 재료의 다양화에 따라, 천이 금속 및 희토류 금속을 중심 금속으로 하는 착체 재료로서 금속과 배위자의 사이의 전하 이동 여기 상태(metal-to-ligand charge transfer; MLCT, ligand-to-metal charge transfer; LMCT)로부터의 발광으로 귀속되는 것에 대해서도 취급되어 왔다.
또한, 상술한 유기 화합물과 같이 금속 착체 재료를 발광 재료로 이용한 경우, 그 다양성으로부터, 이론적으로는 유기물인 배위자의 분자 구조나 조합을 변화시키고, 또한 중심 금속을 변화시킴으로써, 발광색을 임의로 바꿀 수 있다고 하는 이점이 있다라고 할 수 있다.
또한, 발광 효율의 향상이라는 면에서, 발광으로서 형광을 이용하는 것이 아니라 인광을 이용하는 연구 개발이 최근, 눈에 띄기 시작하고 있다. 금속 착체인 경우, 중심 금속의 원자량이 크고, 또한 그 전자운(電子雲)의 확대 때문에, 여기 상태 사이에서의 계간 교차의 확률이 증대하여, 일중항 여기 상태보다도 더욱 낮은 삼중항 여기 상태로부터의 발광, 즉 인광이 기대된다.
또한, 고분자 재료를 발광 재료로 한 고분자 EL 디바이스도 개발이 열심히 행해지고 있다. 이 고분자 재료는 종래의 저분자형의 것과 비교하여, 진공 프로세스에 의하지 않고, 도포법, 인쇄법 등에 의해, 비교적 용이하게 디바이스화할 수 있는 것, 택트 타임의 단축, 제조 장치에의 투자의 삭감 등이 기대되고 있다. 또한, 이들 고분자 발광 재료는, 일반적으로 도전성 고분자에 준하는 구조를 가지고 있는 경우도 있어, 종래의 저분자의 것과 비교하여, 저전압으로 구동이 가능한 것도, 큰 이점으로서 알려져 있다.
일반적으로 유기 EL 소자는, 그 전극 사이에 인가되는 전압 극성, 즉 그 때에 유입되는 전류의 방향이 편측에서 밖에는 발광을 나타내지 않아서, 순 바이어스에서만 전류를 흘려, 발광하는 것을 허용하는 다이오드 정류기이다. 따라서, 발광 소자의 구동법으로서는, 완전한 직류 전압 전류, 혹은 편극성의 펄스로 구성되는 파형이 이용되고 있다.
그러나, 이러한 직류 구동이나 편극성 펄스 구동에서는, 다음의 이유 (1)∼(3) 때문에 소자 열화가 생기고 쉽다.
(1) 소자 구조 내에 불순물로서 포함되는 가동성의 이온종이, 단일층 내 또는 전극 사이에서 분극하고, 이에 따라, 우발적 혹은 필연적으로 소자가 열화하는 것.
(2) 원래, 전극 구성 재료로서 함유되어 있던 것이, 전계 인가에 의해서 이온화하여, 소자 구조 내에 가동성의 것으로 되어 유출되고, 이에 따라, 치밀하게 설계된 층 구조의 전계 상태가 변화하여, 소자 열화를 야기하는 것.
(3) 유기 재료의 여기 상태에서의 분해.
이것에 대하여, 발광 소자의 안정성 및 지속성을 위해, 전압 제어의 비대칭형 교류 구동법(특개평8-180972호 공보), 바이폴라형 구동법(특표평11-500574호 공보) 등이 제안되어 있다.
그러나, 전자(前者)의 구동법에서는, 유기 EL 소자를 전류 제어에 의해, 그 발광 강도를 규정하여 구동하기 때문에, 저항 변화가 생기면 충분한 대응이 취해지지 않아서, 비대칭 파형의 최적화 조건이 불명확하다. 또한, 후자의 구동법에서는, 바이폴라 파형의 양극성의 대역에서 발광시키는 것을 주지로 하는 것인데, 발광 효율을 높인 거의 이상적인 디바이스 구조에 있어서는, 다이오드 정류성이 향상되지만, 역 바이어스 시에 있어서도 발광시키기 때문에, 소자에 매우 나쁜 열화 요인을 야기하게 된다.
또한, 특허 제3169974호 공보에는, 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 직류 전압과 역방향의 전압을 인가함으로써, 소자 열화를 억제하는 것이 진술되고 있지만, 직류 전압에 대한 역방향 전압의 크기 및 타이밍의 최적화에 대해서는 아직 검토가 불충분하다.
그래서, 본 발명의 목적은 해결해야 할 주요 과제인 고 신뢰성, 장기 수명화를 실현시켜, 액정 디바이스에서는 빈번히 보이는 잔상 현상 등을 억제시킬 수 있는 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
도 1의 (a)는 본 발명의 구동 방법에 의해 최적화되기 이전의 전류의 구동 파형을 나타내는 도면, (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 구동 방법에 의해 최적화된 1 화상 표시 기간 내에서의 발광 기간 및 비발광 기간의 구동 파형을 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 (b) 및 (c)에 도시된 파형을 결정하기 위한 전류-전압 곡선을 나타내는 도면.
도 3의 (a)는 본 발명의 구동 방법에 의해 최적화되기 이전의 전압의 구동 파형을 나타내는 도면, (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 구동 방법에 의해 최적화된 1 화상 표시 기간 내에서의 발광 기간 및 비발광 기간의 구동 파형을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 구동 방법에 따른 구동 파형을 개선한 예를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 구동 방법에 따른 구동 파형을 더욱 개선한 예를 나타내는 도면.
도 6의 (a)는 본 발명의 구동 방법으로 구동되는 전계 발광 소자의 화소의 등가 회로도, (b)는 상기 소자에 인가되는 선택 신호 및 신호 전압의 파형을 나타내는 도면.
도 7의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 구동 방법으로 구동되는 유기 전계 발광 소자의 구조예를 도시하는 개략 단면도.
도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 구동 방법으로 구동되는 유기 전계 발광 소자의 다른 구조예를 도시하는 개략 단면도.
도 9의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 구동 방법으로 구동되는 유기 전계 발광 소자의 구조 1의 개략 단면도, (b) 및 (c)는 각각 상기 소자 구조 1의 전압-전류 특성도 및 전압-휘도 특성도.
도 10의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 구동 방법으로 구동되는 유기 전계 발광 소자의 구조 2의 개략 단면도, (b) 및 (c)는 각각 상기 소자 구조 2의 전압-전류 특성도 및 전압-휘도 특성도.
도 11의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 구동 방법으로 구동되는 유기 전계 발광 소자의 구조 3의 개략 단면도, (b) 및 (c)는 각각 상기 소자 구조 3의 전압-전류 특성도 및 전압-휘도 특성도.
도 12는 비교예 1에서 상기 소자 구조 1을 갖는 유기 전계 발광 소자에 인가되는 1 화상 표시 기간의 구동 파형을 나타내는 도면.
도 13은 비교예 2에서 상기 소자 구조 2를 갖는 유기 전계 발광 소자에 인가되는 1 화상 표시 기간의 구동 파형을 나타내는 도면.
도 14는 비교예 3에서 상기 소자 구조 3을 갖는 유기 전계 발광 소자에 인가되는 1 화상 표시 기간의 구동 파형을 나타내는 도면.
도 15의 (a)는 본 발명의 실시예 1 내지 9에서 소자 구조 1을 갖는 유기 전계 발광 소자에 인가되고, 서로 다른 듀티비를 갖는 1 화상 표시 기간에 있는 구동파형을 나타내는 도면, (b)는 (a)에 도시된 구동 파형의 전류값 및 전압값을 나타내는 도면.
도 16의 (a)는 본 발명의 실시예 10 내지 12에서 소자 구조 1을 갖는 유기 전계 발광 소자에 인가되고, 각각 복수의 부분으로 분할되는 1 화상 표시 기간에 있는 구동 파형을 나타내는 도면, (b)는 (a)에 도시된 구동 파형의 전류값 및 전압값을 나타내는 도면.
도 17은 실시예 13에서 소자 구조 2를 갖는 유기 전계 발광 소자에 인가되는 1 화상 표시 기간의 구동 파형을 나타내는 도면.
도 18은 실시예 14에서 소자 구조 3을 갖는 유기 전계 발광 소자에 인가되는 1 화상 표시 기간의 구동 파형을 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 기판
2 : 양극
3 : 정공 수송층
4 : 전자 수송층
5 : 발광층
6 : 음극
7 : 보호막
8 : 전원
20 : 발광광
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 양상에 따르면, 발광 영역을 갖는 층이 양극과 음극 사이에 형성되어 있는 전계 발광 소자를 바이폴라형 구동 파형을 이용하는 전류 제어에 의해서 구동하는 전계 발광 소자의 구동 방법이 제공된다. 본 방법은, 1 화상 표시 기간 내에서 구동 파형을 상기 소자의 발광에 기여하는 발광 기간에서의 제1 구동 파형부와 비발광 기간에서의 제2 구동 파형부로 분할하는 단계와, 상기 발광 기간에는 상기 제1 구동 파형부를 갖는 제1 전류를 공급하고, 상기 비발광 기간에는 상기 제2 구동 파형부를 갖는 제2 전류를 공급하는 단계를 포함한다. 본 방법에서, 상기 발광 기간에 공급되는 상기 제1 전류의 극성을 상기 비발광 기간에 공급되는 상기 제2 전류의 극성과는 다르게 하고; 상기 구동 파형은, 상기 발광 기간에서 상기 제1 전류의 절대값과 공급 시간을 곱셈한 적분강도가, 상기 비발광 기간에서 상기 제1 전류의 극성과 반대의 극성(이하, '역극성'이라 함)을 갖는 상기 제2 전류의 절대값과 공급 시간을 곱셈한 적분 강도와 다르게 되도록, 비대칭 바이폴라형 전류 파형으로 설정되고; 상기 비대칭 바이폴라 전류 파형의 상기 제1 및 제2 구동 파형부를 갖는 상기 제1 및 제2 전류가 공급될 때, 상기 발광 기간에서 상기 제1 전류의 공급에 의한 전극간 제1 전압과 공급 시간을 곱셈한 적분 강도가, 상기 비발광 기간에서 상기 제2 전류의 공급에 의한 전극간 제2 전압과 공급 시간을 곱셈한 적분 강도와 균형을 이루도록 한다. 이하, 본 방법을 "본 발명의 제1 구동 방법"이라 칭한다.
본 발명의 제2 양상에 따르면, 발광 영역을 갖는 층이 양극과 음극 사이에 형성되어 있는 전계 발광 소자를 바이폴라형 구동 파형을 이용하는 전류 제어에 의해서 구동하는 전계 발광 소자의 구동 방법이 제공된다. 본 방법은, 1 화상 표시 기간 내에서 구동 파형을 상기 소자의 발광에 기여하는 발광 기간에서의 제1 구동 파형부와 비발광 기간에서의 제2 구동 파형부로 분할하는 단계와, 상기 발광 기간에는 상기 제1 구동 파형부를 갖는 제1 전압를 인가하고, 상기 비발광 기간에는 상기 제2 구동 파형부를 갖는 제2 전압을 인가하는 단계를 포함한다. 본 방법에서, 상기 발광 기간에 인가되는 상기 제1 전압의 극성을 상기 비발광 기간에 인가되는 상기 제2 전압의 극성과는 다르게 하며; 상기 구동 파형은, 상기 발광 기간에서 상기 제1 전압과 인가 시간을 곱셈한 적분 강도가, 상기 비발광 기간에서 상기 제1 전압의 극성과 반대의 극성(이하, '역극성'이라 함)을 갖는 상기 제2 전압과 인가 시간을 곱셈한 적분 강도와 균형을 이루도록 한다. 본 방법은 이하 "본 발명의제2 구동 방법"이라 칭한다.
본 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토한 결과, 종래의 전계 발광 소자의 재료 및 소자 구조이더라도, 인가되는 구동 파형을 최적화함으로써, 고휘도를 유지한 채로, 장기 수명화를 실현할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명에 도달하였다.
전계 발광 소자는 일반적으로 다이오드 정류기의 구조를 취하고 있고, 한쪽의 전계 발광이 발하는 전압극성에 대해서는 전류가 흐르지만, 그것과는 역극성의 전압에 대해서는 거의 전류가 흐르지 않는다. 그 성질을 정류성, 그 전류값의 비율을 정류비라 칭하고 있고, 보다 실용화가 진행하고 있는 전계 발광 소자에 있어서, 정류비는 104∼106로도 된다.
실제적인 전계 발광 소자의 구동법으로서는, 1 화상 표시 기간 당의 발광 시간, 즉 듀티비는, 발광 강도를 얻기 위해서는, 동일한 인가 파형 강도이더라도 듀티비를 크게 함으로써 보충할 수 있고, 또한, 동화상 표시 등으로 잔상 현상을 억제하고, 화질에 샤프함을 나타내는데 있어서는, 듀티비를 어느 정도까지 떨어뜨려, 1 화상 표시 기간 당 암(暗)의(비발광) 상태를 포함하게 하는 것은, 주지되어있는 바이다.
이 1 화상 표시 기간 내에서 발광을 발생시키고 있지 않은 암상태에 있어서는, 전류 구동형이 주류로 되어있는 전계 발광 소자에서는, 전류값 0, 즉 의사적인 회로 상태에서는 개회로(開回路) 상태로 되어 있다. 이와 같이, 암상태에서는 개회로 상태가 되지만, 연속 구동 중에는 실효적으로는 편측의 전압 밖에 인가되지 않는, 직류 구동 파형에 가까운 것으로 생각된다.
종래부터, 액정 디바이스, 플라즈마 발광 디바이스 등에 있어서 직류 구동에 가까운 구동계로 시작하였지만, 신뢰성의 관점에서 바이폴라형의 교류 파형의 구동법으로 시프트되어 왔다. 이미 상술한 바와 같이, 비대칭형 전압 교류 구동에 의한 전계 발광 소자의 구동법도 제안되어 있지만, 이들은 어느 것이나, 발광 효율을 최적화한 고성능표시 소자에는 적용되지 않은 것이 현상이다.
본 발명의 구동 방법에 있어서도, 그러한 디바이스의 개발지침에 준하는 것인데, 발광 효율을 최적화한 고성능표시 소자에 있어서, 그 최적의 바이폴라 파형을 제시하는 것이다.
전계 발광 소자에 있어서, 모노폴라형의 펄스를 처음으로 하는 의사적인 직류 구동에 있어서 생기는 소자 열화는, 이미 상술한 바와 같이 하기(1)∼(3)에 기인한다.
(1) 소자 구조 내에 불순물로서 포함되는 가동성의 이온종이, 단일층내 또는 전극 사이에서 분극하고, 이에 따라, 우발적 혹은 필연적으로 소자가 열화하는 것.
(2) 원래, 전극 구성 재료로서 함유되어 있던 것이, 전계 인가에 의해서 이온화하여, 소자 구조 내에 가동성의 것으로서 유출되어, 이것에 의해서, 치밀하게 설계된 층 구조의 전계 상태가 변화하여, 소자 열화를 야기하는 것.
(3) 유기 재료의 여기 상태에서의 분해.
통상, 발광시키는 극성에 파형을 인가한 경우, 흐르는 전류의 상당한 부분은발광에 직접 관여하는 반응 과정에서 소비된다. 그 속에서, 열화를 야기하는 성분은 근소하였다고 해도, 반복된 적산에 의해, 착실히 증대하여 온다. 따라서, 이것을 억제, 완화시키기 위해서는, 1 화상 표시 기간 마다 적절한 대응을 취하는 것이 중요하다.
그래서, 본 발명자는, 예의 검토한 결과, 1 화상 표시 기간 내의 비발광 기간에 전류값 0, 즉 의사적인 개회로 상태로 하는 것은 아니고, 역극성의 파형을 도입하고 그 최적 구동법을 도출, 본 발명에 도달한 것이다.
즉, 본 발명의 구동 방법에 따르면, 발광 영역을 갖는 층이 양극과 음극 사이에 형성되어 있는 전계 발광 소자가, 1 화상 표시 기간 당의 구동 파형으로서 바이폴라 파형을 소자에 인가함으로써 구동된다. 1 화상 표시 기간은 발광 기간과 비발광 기간으로 분할된다. 1 화상 표시 기간 당 바이폴라 파형은, 발광 기간에 발생하는 전계에 대하여 반대인 역 전계를 발생하는 파동부(전류 또는 전압)가 비발광 기간에 인가되고, 발광 기간에서 전압값과 인가 시간을 곱셈한 적분 강도가 비발광 기간에서 전압값과 인가 시간을 곱셈한 적분 강도와 균형을 이루도록 설정된다.
바람직하게는, 본 발명의 제1 구동 방법이, 발광 기간에 공급되는 제1 전류에 대응하는 제1 전압값을 전압-전류 곡선으로부터 판독하는 단계와; 1 화상 표시 기간에 대한 발광 기간의 비율인 듀티비에 따라서 제1 전압에 대하여 역극성을 갖는 제2 전압값을 결정하는 단계와; 제2 전압에 대응하고 역극성을 갖는 제2 전류값을 상기 전압-전류 곡선으로부터 판독하는 단계를 더 포함하여, 그 값이 상기와 같이 산출된 제2 전류가 상기 비발광 기간에 공급된다.
또한, 본 발명의 제1 및 제2 구동 방법에서, 바람직하게는, 1 화상 표시 기간 내에서의 상기 발광 기간의 비율인 듀티비를 30∼70%로 한다. 이러한 구성에 의하면, 소자의 휘도를 충분히 유지하는 것이 가능함과 동시에 소자의 안정 동작이 가능해진다.
또한, 발광 과정에 직접 관여하는 것은, 전계 발광 소자의 전극 사이에 유입되는 전자의 유입에 의한 것인데 대하여, 소자의 열화에 기인하는 것은 이온종이라고 생각된다. 이 이온종은 전자와 비교하여, 부피가 크고, 그 때문에 이동도가 매우 느리고, 또한, 전극 구성 재료로서 금속 상태의 것이, 이온화하는 데 있어서도, 고주파수의 구동 파형에 있어서는, 그 전극 반응에서는 거의 발생되지 않는다. 이들을 근거로 하여, 1 화상 표시 기간 내의 발광 기간과 비발광 기간과의 조를 복수로 분할하여, 전체적으로 고주파수화함으로써, 한층 더 소자 열화의 개선을 도모할 수 있다. 또, 이온종의 이동도는 전극간 전계의 크기 및 시간에 귀순되기 때문에, 실효적으로 이온 이동을 발생시키지 않기 위해서는, 순 전계와 역 전계의 강도를 같게 할 필요가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1의 (a)는 본 발명의 전류 제어 구동 방법에 의해 최적화되기 이전에 특정 화소에 인가되는 구동 파형을 나타내고, 도 1의 (b) 및 (c)는 본 발명의 전류 제어 구동 방법에 의해 최적화된 구동 파형을 나타내는 것으로, 도 1의 (b)는 듀티비가 50%로 설정될 때의 구동 파형을 나타내고, 도 1의 (c)는 듀티비가 50% 이외의값으로 설정될 때의 구동 파형을 나타낸다.
도 2는 도 1의 (b) 및 (c)에 도시된 파형을 결정하기 위해 사용되는 전류-전압 곡선이다.
본 발명에 따라 전류 제어에 의한 유기 전계 발광(EL) 소자를 구동하는 방법에 따르면, 1 화상 표시 기간에서의 전류 파형이 이하와 같이 최적화된다.
도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 듀티비가 50%로 설정되어 1 화상 표시 기간이 50%의 발광 기간(0 ~ t0) 및 50%의 비발광 기간(t0~ 2t0)으로 분할될 때, 발광 기간에서 전류(+I1)이 공급된다고 가정하면, 비발광 기간에 공급될 전류는 이하의 산출 단계 (1), (2) 및 (3)에 기초하여 결정될 수 있다.
(1) 전류(+I1)에 대응하는 전압(+V1)은 도 2에 도시된 전압-전류 곡선으로부터 판독된다.
(2) 전압(+V1)과 반대의 극성을 갖는 비발광 기간에서의 전압(-V2)은, 발광 기간에서의 전압(+V1)의 적분값 [+V1×(t0-0)]이 비발광 기간에서의 전압(-V2)의 적분값 [-V2×(2t0-t0)]과 등가인 관계를 만족시키는 것에 의해 구해질 수 있다. 듀티비가 50%일 때 V2값은 V1값과 등가라는 것에 주목하여야 한다.
(3) 전압(-V2)에 대응하는 전류(-I2)는 도 2에 도시된 전압-전류 곡선으로부터 판독된다.
이렇게 구해진 전류(-I2)는 비발광 기간에 공급될 전류이다.
이러한 전류 파형은, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 발광 기간에서의 전류(+I1)의 적분 강도 [+I1×(t0-0)]가 비발광 기간에서의 전류(-I2)의 적분 강도[-I2×(2t0-t0)]와 등가가 아니고, 발광 기간에서의 전압(+V1)의 적분 강도 [+V1×(t0-0)]가 비발광 기간에서의 전압(-V2)의 적분 강도 [-V2×(2t0-t0)]에 의해 상쇄되도록 최적화된다.
도 1의 (c)에 도시된 바와 같이 듀티비가 50% 이외의 값으로 설정되더라도, 전류(+I1)이 발광 기간에 공급된다고 가정하면, 비발광 기간에 공급될 전류(-I2)는 상술된 바와 동일한 방식으로 결정될 수 있다.
이러한 전류 파형은, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이 발광 기간에서의 전류(+I1)의 적분 강도 [+I1×(t0-0)]가 비발광 기간에서의 전류(-I2)의 적분 강도[-I2×(t2-t1)]와 등가가 아니고, 발광 기간에서의 전압(+V1)의 적분 강도 [+V1×(t0-0)]가 비발광 기간에서의 전압(-V2)의 적분 강도 [-V2×(t2-t1)]에 의해 상쇄되도록 최적화된다.
도 3의 (a)는 본 발명의 전압 제어 구동 방법에 의해 최적화되기 이전의 특정 화소에 인가되는 구동 파형을 나타내고, 도 3의 (b) 및 (c)는 본 발명의 전압 제어 구동 방법에 의해 최적화된 구동 파형을 나타내는 것으로, 도 3의 (b)는 듀티비가 50%로 설정될 때의 구동 파형을 나타내고, 도 3의 (c)는 듀티비가 50% 이외의값으로 설정될 때의 구동 파형을 나타낸다.
본 발명에 따른 전압 제어에 의해 유기 EL 소자를 구동하는 방법에 따르면, 1 화상 표시 기간의 전압 파형이 이하와 같이 최적화된다.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 듀티비가 50%로 설정되어 1 화상 표시 기간이 50%의 발광 기간(0 ~ t0) 및 50%의 비발광 기간(t0~ 2t0)으로 분할될 때, 발광 기간에서 전압(+V1)이 인가된다고 가정하면, 비발광 기간에 공급될 전압은 이하의 산출 단계 (1)에 기초하여 결정될 수 있다.
(1) 전압(+V1)과 반대의 극성을 갖는 비발광 기간에서의 전압(-V2)은, 발광 기간에서의 전압(+V1)의 적분값 [+V1×(t0-0)]이 비발광 기간에서의 전압(-V2)의 적분값 [-V2×(2t0-t0)]과 등가인 관계를 만족시키는 것에 의해 구해질 수 있다. 듀티비가 50%일 때 V2값은 V1값과 등가라는 것에 주목하여야 한다.
이렇게 구해진 전압(-V2)는 비발광 기간에 인가될 전압이다.
이러한 전압 파형은, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 발광 기간에서의 전압(+V1)의 적분 강도 [+V1×(t0-0)]가 비발광 기간에서의 전압(-V2)의 적분 강도[-V2×(2t0-t0)]에 의해 상쇄되도록 최적화된다.
도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 듀티비가 50% 이외의 값으로 설정되더라도, 전압(+V1)이 발광 기간에 인가된다고 가정하면, 비발광 기간에 공급될 전압(-V2)는상술된 바와 동일한 방식으로 결정될 수 있다.
이러한 전압 파형은, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 발광 기간에서의 전압(+V1)의 적분 강도 [+V1×(t0-0)]가 비발광 기간에서의 전압(-V2)의 적분 강도[-V2×(t2-t1)]에 의해 상쇄되도록 최적화된다.
이와 같이, 1 화상 표시 기간마다, 그 듀티비에 따라서, 비발광 기간에서의 역극성의 전류 또는 전압을 구하여, 발광 기간에서의 전압의 적분값이 비발광 기간에서 전압의 적분값에 의해 상쇄되도록 최적화할 수 있다. 따라서, 소자 열화의 요인이 되는 이온종의 분극이나 계면에서의 전기 화학 반응 등을 확실하게 방지하여, 소자의 신뢰성의 향상과 장기 수명화를 실현할 수 있다.
그러나, 실제로는, 전류 제어의 구동법에 있어서, 최적화 파형을 도출하는 데 있어서, 1개의 큰 문제점이 있다. 이 최적 파형을 도출하는 하나의 기준으로서, 전압-전류곡선이 있는 것을 도시하였지만, 일반적으로 이것을 측정하기 위해서는, 어떤 전압, 전류를 인가했을 때의 출력을 거의 정상 상태가 된 때에 검출한다. 예를 들면 1 화상 표시 기간이 16.7 ms에서 듀티비=50% 인 경우, 발광 대역, 비발광 대역 각각 8.35 ms가 되고, 비정상 상태(과도 상태)가 있는 것은 용이하게 상상할 수 있다. 따라서, 그 미소 시간에서의 전압 적분값을 제로로 하기 위해서는, 정상 상태의 결과를 그대로 이용할 수는 없다.
이 때문에, 발광 소자의 구조에 따라, 정상 상태에서 구한 전압-전류곡선의 결과를 기준으로 하여 도출한 파형을 기초로, 도 4에 도시한 바와 같이 파형의 한층 더 최적화를 행할 수 있다(예를 들면, 1 화상 표시 기간이 16.7 ms에서 듀티비= 50% 인 경우).
또한, 듀티비= 50% 인 경우를 예로 들면, 도 5에 도시한 바와 같이, 이것을 1 화상 표시 기간 내에서 복수로 균등 혹은 불균등하게 분할하여, 파형을 구성하는 것도 가능하고, 발광 기간-비발광 기간의 각조 중에서 전압 적분값이 각각 제로가 되도록 역방향 전류값을 최적화하면 된다. 이와 같이 파형을 분할함으로써, 실효적인 구동 주파수가 증대하기 때문에, 발광 강도를 충분하게 하면서, 이온종의 이동 및 계면에서의 전기 화학적 반응 등을 억제할 수도 있어, 보다 효과적인 파형을 유도할 수 있다.
도 6에는, 본 발명에 기초하는 전계 발광 소자의 화소의 구성예를 나타내는 것으로서, 게이트 전극 라인(선택 라인)으로 선택된 TFT(박막 트랜지스터)로 이루어지는 전송 게이트를 개재하여, 소스 전극 라인(신호 라인)으로부터의 도 1의 (a)에 도시한 같은 신호 전압이 전계 발광 소자(EL)에 인가되어, 전류의 유입량에 따라서 전계 발광함과 동시에, 이 전압은 축적 용량(C)에 의해 다시 다음의 신호 전압의 인가시간까지 유지되게 된다.
도 7의 (a), 도 7의 (b)에는, 본 발명에 기초하는 전계 발광 소자의 가장 단순한 구조예를 도시한다.
도 7에서, 전계 발광 소자를 형성하기 위한 기판(1)으로서는, 유리, 플라스틱 및 다른 적절한 재료를 이용할 수 있다. 또한, 유기 전계 발광 소자를 다른 표시 소자와 조합하여 이용하는 경우에는, 기판을 공용할 수도 있다. 2는 투명 전극이고, ITO (Indium Tin Oxide), SnO2등을 사용할 수 있다.
또한, 발광층은 한정되는 것이 아니고, 소망하는 재료를 이용할 수 있어, 저분자계라 불리우는 재료계, 금속 착체계, 또한, 고분자 재료, 도우펀트계 등, 종래 공지의 여러가지의 재료를 이용할 수 있다. 예를 들면, 정공 수송층(3)과 전자 수송층(4) 중 어느 하나를 구성하는 재료가 발광성을 갖는 경우, 이들의 박막을 적층한 구조를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 목적을 만족시키는 범위에서 전하 수송 성능을 높이기 위해서, 정공 수송층과 전자 수송층 중 어느 한쪽 혹은 양방이, 복수종의 재료의 박막을 적층한 구조, 또는, 복수종의 재료를 혼합한 조성으로 이루어지는 박막을 사용하는 것을 방해하지 않는다. 또한, 발광 성능을 높이기 위해서, 적어도 1종 이상의 형광성의 재료를 이용하여, 도 8의 (a), 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 이 발광성의 박막(5)을 정공 수송층(3)과 전자 수송층(4)의 사이에 협지한 구조, 또한 적어도 1종 이상의 형광성의 재료를 정공 수송층 혹은 전자 수송층, 또는 이들의 양방에 포함시킨 구조를 사용해도 된다. 어느 경우에 있어서도, 발광 효율을 개선하기 위해서, 정공 또는 전자의 수송을 제어하기 위한 박막을 그 층 구성에 포함하게 하는 것이다.
또, 음극(6)으로서의 전극 재료는 리튬, 마그네슘, 칼슘 등의 활성인 금속과 은, 알루미늄, 인듐 등의 금속과의 합금, 혹은 이들의 금속염, 또는 이들을 적층한 구조를 사용할 수 있다. 이 경우, 휘도 반감 시간의 증대 등의 장기 수명화나, 전극 전압의 저하, 발광 효율의 향상의 점에서, 리튬, 나트륨 또는 칼슘 등의 알칼리금속, 알칼리토류 금속, 혹은 이들의 염으로 이루어지는 층이 음극 측에 형성되어 있어, 발광 영역을 갖는 층과 접하고 있는 것이 좋다.
보호막(8)은 본 발명의 효과를 강화하기 위해 EL 소자의 전체를 밀봉하도록 제공될 수 있다. 보호막(6)이 EL 소자 내부의 기밀성을 보장하도록 제공된다면, 소자 구조의 각 층을 형성하기 위한 재료의 선택을 보다 자유롭게 할 수 있다.
본 발명에 기초하는 전계 발광 소자에 있어서는, 발광 영역을 갖는 층이, 정공 수송층과 전자 수송층이 적층된 적층 구조(싱글 헤테로 구조)의 것을 도 7에 도시하였지만, 전자 수송층과 발광층을 겸한 구조(도 7의 (a)), 정공 수송층과 발광층을 겸한 구조(도 7의 (b))의 어느 것이라도 되고, 또는, 발광 영역을 갖는 층이 정공 수송층과 발광층과 전자 수송층이 순차 적층된 적층 구조(더블 헤테로 구조)를 갖는 구조의 것이어도 된다(도 8).
또한, 유리 및 플라스틱 등의 기판측으로부터 발광광(20)을 추출하는 것 이외에도, 도 8의 (b)와 같이, 밀봉, 보호막(7)의 측으로부터 발광광(20)을 추출하는 구조의 것이어도 된다(또, 도 8의 참조 번호 8은 전원이다).
<실시예>
다음에, 본 발명의 실시예를 기술하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다.
우선, 본 실시예 1 내지 14 및 비교예 1 내지 3에서 사용되는 소자 구조 1 내지 3를 갖는 유기 전계 발광 소자의 제작예를 기술한다.
<소자 구조 1>
실시예에서 사용되는 유기 전계 발광 소자의 소자 구조 1이 도 9의 (a)에 도시된다.
본 구성에서, 참조 번호 1은 기판, 2는 음극(ITO), 3은 정공 수송층(TDP), 4는 발광층(Alq3), 6은 Al/LiF으로 구성된 이중층 음극, 7은 보호층, 8은 전원, 20은 발광원이다.
구성 재료로서 각각 공지되어 있는, 하기 화학식의 Alq3(트리스(8-퀴놀리놀) 알루미늄)을 발광 재료, 하기 화학식의 TPD (N, N' - 비스(3-메틸페닐) -1, 1' -비페닐-4, 4' - 디아민)을 정공 수송 재료, LiF 및 Al를 음극 재료로서 이용하여, 소자 구조 1을 갖는 유기 전계 발광 소자의 각 층을 형성하였다.
Alq3와 TPD의 구조식은 아래와 같다:
우선, 진공 증착 장치 내에, 100 ㎚의 두께의 ITO로 이루어지는 양극이 한 표면에 형성된 30 ㎜× 30 ㎜의 유리 기판을 셋팅하였다. 증착 마스크로 복수의 2.0 ㎜× 2.0 ㎜의 단위 개구를 갖는 금속 마스크를 기판에 근접하여 배치하고, 진공 증착법에 의해 10-4Pa 이하의 진공 하에서, 정공 수송 재료 TPD를 예를 들면 50 ㎚의 두께로 성막하였다. 증착 레이트는 각각 0.1 ㎚/초로 하였다. 또한, 발광 재료로서 Alq3를 정공 수송층 상에 예를 들면 50 ㎚의 두께로 성막하였다. 증착 레이트는 0.2 ㎚/초로 하였다.
음극 재료로서 먼저 LiF, 계속해서 Al를 증착하여 이루어지는 적층막을 채용하고, 이들도 증착에 의해, 증착 레이트 0.05 ㎚/초, 1 ㎚/초로 예를 들면 0.5 ㎚ (LiF 막) 및 150 ㎚ (Al막)의 두께로 형성하여, 실시예1∼12에 따른 도 9의 (a)에 도시하는 구조 1의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
이 소자를 이용하여, 질소 분위기 하에서, 순 바이어스 직류 전압을 가하여, 발광 특성을 평가하였다. 발광색은 녹색으로, 분광 측정을 행한 결과, 560 ㎚ 부근에 발광 피크를 갖는 스펙트럼을 얻었다. 또한, 전압-전류 곡선을 도 9의 (b)에 도시하였다. 분광 측정은, 오오쓰카 전자사제의 포토다이오드 어레이를 검출기로한 분광기를 이용하였다. 또한, 전압-휘도 측정을 행한 바, 도 9의 (c)에 도시한 바와 같은 휘도가 얻어졌다.
소자 구조 1을 갖는 유기 전계 발광 소자의 전압-전류 특성이 측정되었다. 그 결과는 도 9의 (b)에 도시되었다.
소자 구조 1을 갖는 유기 전계 발광 소자의 전압-휘도 특성이 측정되었다. 그 결과는 도 9의 (c)에 도시되었다.
<소자 구조 2>
실시예에서 사용된 유기 전계 발광 소자의 소자 구조 2가 도 10의 (a)에 도시된다.
도면에서, 참조 번호 1은 기판, 2는 음극(ITO), 3은 정공 수송층(TDP), 4는 발광층(Alq3), 6은 Al으로 이루어진 음극, 7은 보호층, 8은 전원, 20은 발광원이다.
도 9의 (a) 및 도 10의 (a)에서 명백하듯이, 소자 구조 2는 소자 구조 1에서의 음극(6)이 LiF 및 Al으로 이루어진 것에 비하여 소자 구조 2에서의 음극(6)이 Al으로 이루어진 것을 제외하면 소자 구조 1과 동일하다.
실시예 13 및 비교예 2에 사용되고 도 10의 (a)에 도시된 소자 구조 2를 갖는 유기 전계 발광 소자는 LiF 층이 없다는 것을 제외하면 상술된 것과 동일한 방식으로 제조된다.
이 소자를 이용하여, 질소 분위기 하에서, 순 바이어스 직류 전압을 가하여, 발광 특성을 평가하였다. 발광색은 녹색으로, 분광 측정을 행한 결과, 560 ㎚ 부근에 발광피크를 갖는 스펙트럼을 얻었다. 분광 측정은, 오오쓰카 전자사제의 포토다이오드 어레이를 검출기로 한 분광기를 이용하였다.
소자 구조 2를 갖는 유기 전계 발광 소자의 전압-전류 특성을 측정한 바, 그 결과가 도 10의 (b)에 도시되었다.
소자 구조 2를 갖는 유기 전계 발광 소자의 전압-휘도 특성을 측정한 바, 그 결과가 도 10의 (c)에 도시되었다.
<소자 구조 3>
실시예에 사용되는 유기 전계 발광 소자의 소자 구조 3이 도 11의 (a)에 도시된다.
본 구조에서, 참조 번호 1은 기판, 2는 음극(ITO), 3은 정공 수송층(PEDOT), 4는 발광층(MEH-PPV), 6은 Al/Ca로 이루어진 이중층 음극, 7은 보호층, 8은 전원, 20은 발광원이다.
구성 재료로서 각각 공지되어 있는, 하기 화학식의 MEH-PPV (폴리 (2-메톡시-5- (2'-에틸헥시록시) -1, 4-페닐렌비닐렌)을 발광 재료, 하기 화학식의 PEDOT (폴리 (3, 4) -에틸렌디옥시티오펜) (Bayer 사제)를 정공 수송 재료, Ca 및 Al를 음극 재료로서 이용하여, 소자 구조 3을 갖는 유기 전계 발광 소자의 각 층을 형성하였다.
MEH-PPV 및 PEDOT의 구조식은 아래와 같다:
우선, 100 ㎚의 두께의 ITO로 이루어지는 양극이 일 표면에 형성된 30 ㎜ × 30 ㎜의 유리 기판 상에, PEDOT를 스핀 코팅법에 의해 성막하고, 120 ℃, 2 시간으로 대기 중, 크린 오븐 내에서 건조, 소성시켜, 막 두께 50 ㎚의 막 두께로 하였다. 이 위에, 질소 가스가 충전되고, 또한 산소 및 수분을 제거한 환경을 유지할 수 있는 글로브 박스 내에서, MEH-PPV의 크실렌 용액을 스핀 코팅법에 의해 성막하여, 70 ℃, 2 시간으로 건조, 소성시켜, 막두께 100 ㎚으로 하였다.
이것을 통상 환경 하에 노출시키지 않고, 진공 증착 장치 내로 이송하여, 진공 증착법에 의해 10-4Pa 이하의 진공 하에서 음극을 형성하였다. 음극 재료로서 먼저 Ca, 계속해서 Al을 증착하여 이루어지는 적층막을 채용하고, 이들도 증착에 의해, 증착 레이트 1 ㎚/초로서 예를 들면 100 ㎚ (Ca 막) 및 150 ㎚ (Al 막)의 두께로 형성하여, 실시예14에 따른 도 11의 (a)에 도시하는 구조 3의 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
이 소자를 이용하여, 질소 분위기 하에서, 순 바이어스 직류 전압을 가하여, 발광 특성을 평가하였다. 발광색은 오렌지색이었다.
소자 구조 3을 갖는 유기 전계 발광 소자의 전압-전류 특성을 측정한 바, 그 결과를 도 11의 (b)에 도시하였다.
소자 구조 3을 갖는 유기 전계 발광 소자의 전압-휘도 측정을 행한 바, 그 결과를 도 11의 (c)에 도시하였다.
<비교예1>
상기한 구조 1의 유기 전계 발광 소자를 이용하여, 1 화상 표시 기간 당 60 ㎐, 즉 화상 표시 시간으로서 0 ∼16.7 ms로 하고, 듀티비=50 %, 즉, 발광 기간과 비발광 기간을 등분할한 구동 파형을 상정하여, 초기 휘도 100 ㏅/㎡가 되고, 또한 그 1 화상 표시 기간 내에서의 비발광 기간에는, 전류값이 제로, 가상적으로는 개회로 상태가 되는 파형을 설정한, 의사적 모노폴라형 전류 파형을 도 12에 도시한다.
그리고, 25 ℃에서, 초기 휘도 100 ㏅/㎡로, 연속적으로 파형을 인가하여, 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감하기까지의 시간은 1200 시간이었다. 덧붙여서 말하면, 가속 시험으로서, 60 ℃에서 마찬가지의 휘도로 연속적으로 파형을 인가하여, 강제 열화시켜, 휘도가 반감하기까지의 시간은 140 시간이었다.
<비교예2>
상기한 구조 2의 유기 전계 발광 소자를 이용하여, 1 화상 표시 기간 당 60 ㎐, 즉 화상 표시 시간으로서 ∼16.7 ms로 하고, 듀티비=50 %, 즉, 발광 기간과 비발광 기간을 등분할한 구동 파형을 상정하여, 초기 휘도 100 ㏅/㎡가 되고, 또한 그 1 화상 표시 기간 내에서의 비발광 기간에서는, 전류값이 제로, 가상적으로는 개회로 상태가 되는 파형을 설정한, 의사적 모노폴라형 전류 파형을 도 13에 도시한다.
그리고, 60 ℃의 가속 시험 하에서, 초기 휘도 100 ㏅/㎡로, 연속적으로 파형을 인가하여, 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감하기까지의 시간은 110 시간이었다.
<비교예3>
상기한 구조 3의 유기 전계 발광 소자를 이용하고, 1 화상 표시 기간 당 60 ㎐, 즉 화상 표시 시간으로서 ∼16.7 ms로 하고, 듀티비=50 %, 즉, 발광 기간과 비발광 기간을 등분할한 구동 파형을 상정하여, 초기 휘도 100 ㏅/㎡가 되고, 또한 그 1 화상 표시 기간 내에서의 비발광 대역에서는, 전류값이 제로, 가상적으로는 개회로 상태가 되는 파형을 설정한, 의사적 모노폴라형 전류 파형을 도 14에 도시한다.
그리고, 25 ℃에서, 초기 휘도 100 ㏅/㎡로, 연속적으로 파형을 인가하여, 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감하기까지의 시간은 205 시간이었다.
<실시예1∼9>
상기한 구조 1의 유기 전계 발광 소자를 이용하고, 1 화상 표시 기간 당 60㎐, 즉 화상 표시 시간으로서 0∼16.7 ms로 하고, 듀티비=5, 10, 30, 50, 70, 75, 80, 90, 95 %가 되는 구동 파형을 상정하고, 초기 휘도 100 ㏅/㎡가 되고, 또한 그 1 화상 표시 기간 내에서의 전극간 전압의 적분 강도가 거의 제로가 되도록 비발광 기간에 있어서의 전류값을 설정한 구형형의 바이폴라 파형을 각 전압값, 전류값과 함께 도 15에 도시한다.
그리고, 60 ℃의 가속 시험 하에서, 초기 휘도 100 ㏅/㎡로, 연속적으로 파형을 인가하여, 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감하기까지의 시간을 하기의 표 1에 도시한다. 이에 따르면, 듀티비가 80% 이상에서는 역극성의 전압값이, -20 V 이하로 매우 커지게 되어, 그것을 인가하면 절연 파괴 등이 발생하여, 소자가 망가져 버리는 경우가 있었다. 또한, 듀티비가 작은 쪽이 실효적인 인가 강도가 약해지기 때문에, 휘도가 반감하기 위한 시간이 길어지지만, 발광 강도로서는 휘도의 시간 적분으로 효과가 나타나기 때문에, 듀티비가 작은 경우에는, 어두운 발광이 되는 경향이 있다. 따라서, 듀티비로서는 10∼90 %, 더욱 바람직하게는 30∼70 %에 있어서, 비교예1에 도시한 의사적 모노폴라 파형에서의 경우보다도, 휘도가 반감하기까지의 시간을 각단에 증대시킬 수 있다.
| 듀티비(%) | 휘도 반감 시간(h) | |
| 실시예1 | 5 | 1540 |
| 실시예2 | 10 | 1390 |
| 실시예3 | 30 | 1130 |
| 실시예4 | 50 | 750 |
| 실시예5 | 70 | 620 |
| 실시예6 | 75 | 210 |
| 실시예7 | 80 | - |
| 실시예8 | 90 | - |
| 실시예9 | 95 | - |
<실시예10∼12>
상기한 구조 1의 유기 전계 발광 소자를 이용하고, 1 화상 표시 기간 당 60 ㎐, 즉 화상 표시 시간으로서 ∼16.7 ms로 하고, 듀티비=50 %, 즉, 발광 기간과 비발광 기간을 등분할하고, 또한, 각각을 화상 표시 기간 내에서 2, 5, 10 분할한 구동 파형을 상정하여 (단지, 각 전압값, 전류값은 동일함), 초기 휘도 100 ㏅/㎡가 되고, 또한 그 1 화상 표시 기간 내에서의 전극간 전압의 적분 강도가 거의 제로가 되도록 비발광 기간에 있어서의 전류값을 설정한 구형형의 바이폴라 파형을 도 16에 도시한다.
그리고, 60 ℃의 가속 시험 하에서, 초기 휘도 100 ㏅/㎡로, 연속적으로 파형을 인가하여, 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감하기까지의 시간을 하기의 표 2에 도시한다. 이것에 따르면, 비교예1에 도시한 의사적 모노폴라 파형에서의 경우보다도, 휘도가 반감하기까지의 시간이 각단에 증대하고, 또한, 실시예4와 비교하여, 1 화상 표시 기간 내의 발광 기간을 분할하여 고주파수화를 실시하는 것에 의한 효과가 보였다.
| 듀티비(%) | 분할수 | 휘도 반감 시간(h) | |
| 실시예10 | 50 | 2 | 870 |
| 실시예11 | 50 | 5 | 1240 |
| 실시예12 | 50 | 10 | 1420 |
<실시예13>
상기한 구조 2의 유기 전계 발광 소자를 이용하고, 1 화상 표시 기간 당 60 ㎐, 즉 화상 표시 시간으로서 ∼16.7 ms로 하고, 듀티비=50 %가 되는 구동 파형을상정하여, 초기 휘도 100 ㏅/㎡가 되고, 또한 그 1 화상 표시 기간 내에서의 전극간 전압의 적분 강도가 거의 제로가 되도록 비발광 기간에 있어서의 전류값을 설정한 구형형의 바이폴라 파형을 도 17에 도시한다.
그리고, 60 ℃의 가속 시험 하에서, 초기 휘도 100 ㏅/㎡로, 연속적으로 파형을 인가하여, 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감하기까지의 시간은 440 시간이었다.
또, 비교예2에 도시한 의사적 모노폴라 파형으로 구동시킨 경우보다도, 각 휘도가 반감하기까지의 시간이 증대하지만, 상기한 구조 1의 유기 전계 발광 소자(실시예1∼5)에서 보이는 정도의 효과는 보이지 않는다. 이것은, 음극측에서의 LiF의 유무의 차라고 생각되어, 이온 상태를 취하기 쉽고, 비교적으로 이온 반경이 작고, 고이동성인 알칼리 금속종의 존재하에서, 본 발명에 기초하는 구동법의 효과가 큰 것을 알 수 있다. 다행히도, LiF 등이 포함되는 것에 있어서는, 전극 전압의 저하, 발광 효율의 향상 등이 분명하고, 그 효과도 큰 것을 알 수 있다.
<실시예14>
상기한 구조 3의 유기 전계 발광 소자를 이용하고, 1 화상 표시 기간 당 60 ㎐, 즉 화상 표시 시간으로서 ∼16.7 ms로 하고, 듀티비=50 %가 되는 구동 파형을 상정하여, 초기 휘도 100 ㏅/㎡가 되고, 또한 그 1 화상 표시 기간 내에서의 전극간 전압의 적분 강도가 거의 제로가 되도록 비발광 대역에서의 전류값을 설정한 구형형의 바이폴라 파형을 도 18에 도시한다.
그리고, 25 ℃에서, 초기 휘도 100 ㏅/㎡로, 연속적으로 파형을 인가하여,강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감하기까지의 시간은 530 시간이었다.
이것은, 지금까지 도시한 저분자계의 발광 재료에 한하지 않고, 고분자 발광 재료계에서도, 또한, Ca 금속을 음극으로 하는 소자 구조에 있어서도, 본 발명에 기초하는 구동법의 효과가 현저히 보이는 것을 나타낸다.
이상에서 진술한 실시 형태 및 실시예는, 본 발명의 기술적 사상에 기초하여 또 다른 변형이 가능하다.
예를 들면, 1 화상 표시 기간 내에서의 구동 파형을 변경해도 되고, 또한 구동하는 소자의 구조나 재질 등도 상술한 것에 한정되지 않는다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 1 화상 표시 기간 당 구동 파형으로서 바이폴라형 파형이 인가된다. 이러한 바이폴라형 파형은, 1 화상 표시 기간이 발광 기간 및 비발광 기간으로 분할되고; 발광 기간에서와 반대의 전계를 발생하는 파형의 전류 또는 전압이 비발광 기간에 인가되며; 발광 기간에서 전압과 인가 시간을 곱셈한 적분 강도가 비발광 기간에서 전압과 인가 시간을 곱셈한 적분 강도에 의해 상쇄된다. 결과적으로, 고 휘도를 유지하며 수명을 길게 하는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어를 사용하여 설명되었지만, 이러한 설명은 예시적인 목적인 것으로, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고도 변화 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (9)
- 발광 영역을 갖는 층이 양극과 음극 사이에 형성되어 있는 전계 발광 소자를 바이폴라형 구동 파형을 이용하는 전류 제어에 의해서 구동하는 전계 발광 소자의 구동 방법에 있어서,1 화상 표시 기간 내에서 구동 파형을 상기 소자의 발광에 기여하는 발광 기간에서의 제1 구동 파형부와 비발광 기간에서의 제2 구동 파형부로 분할하는 단계와,상기 발광 기간에는 상기 제1 구동 파형부를 갖는 제1 전류를 공급하고, 상기 비발광 기간에는 상기 제2 구동 파형부를 갖는 제2 전류를 공급하는 단계를 포함하고,상기 발광 기간에 공급되는 상기 제1 전류의 극성을 상기 비발광 기간에 공급되는 상기 제2 전류의 극성과는 다르게 하며,상기 구동 파형은, 상기 발광 기간에서 상기 제1 전류의 절대값과 공급 시간을 곱셈한 적분 강도가, 상기 비발광 기간에서 상기 제1 전류의 극성과 반대의 극성(이하, '역극성'이라 함)을 갖는 상기 제2 전류의 절대값과 공급 시간을 곱셈한 적분 강도와 다르게 되도록, 비대칭 바이폴라형 전류 파형으로 설정되고,상기 비대칭 바이폴라 전류 파형의 상기 제1 및 제2 구동 파형부를 갖는 상기 제1 및 제2 전류가 공급될 때, 상기 발광 기간에서 상기 제1 전류의 공급에 의한 전극간 제1 전압과 공급 시간을 곱셈한 적분 강도가, 상기 비발광 기간에서 상기 제2 전류의 공급에 의한 전극간 제2 전압과 공급 시간을 곱셈한 적분 강도와 균형을 이루는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 구동 방법.
- 제1항에 있어서,상기 발광 기간에 공급되는 상기 제1 전류에 대응하는 상기 제1 전압값을 전압-전류 곡선으로부터 판독하는 단계와,상기 1 화상 표시 기간에 대한 상기 발광 기간의 비율인 듀티비에 따라서 상기 제1 전압에 대하여 역극성을 갖는 상기 제2 전압값을 결정하는 단계와,상기 제2 전압에 대응하고 역극성을 갖는 상기 제2 전류값을 상기 전압-전류 곡선으로부터 판독하는 단계를 더 포함하고,그 값이 상기와 같이 산출된 상기 제2 전류가 상기 비발광 기간에 공급되는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 구동 방법.
- 제1항에 있어서,상기 1 화상 표시 기간에 대한 상기 발광 기간의 비율인 듀티비가 30 내지 70%인 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 구동 방법.
- 제1항에 있어서,상기 1 화상 표시 기간이 복수개 세트의 상기 발광 기간과 상기 비발광 기간으로 분할되는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 구동 방법.
- 제1항에 있어서,리튬, 나트륨 또는 칼슘 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 혹은 이들의 염으로 이루어지는 층이 상기 발광 영역을 갖는 층과 접하는 방식으로 상기 음극 측에 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 구동 방법.
- 발광 영역을 갖는 층이 양극과 음극 사이에 형성되어 있는 전계 발광 소자를 바이폴라형 구동 파형을 이용하는 전류 제어에 의해서 구동하는 전계 발광 소자의 구동 방법에 있어서,1 화상 표시 기간 내에서 구동 파형을 상기 소자의 발광에 기여하는 발광 기간에서의 제1 구동 파형부와 비발광 기간에서의 제2 구동 파형부로 분할하는 단계와,상기 발광 기간에는 상기 제1 구동 파형부를 갖는 제1 전압를 인가하고, 상기 비발광 기간에는 상기 제2 구동 파형부를 갖는 제2 전압을 인가하는 단계를 포함하고,상기 발광 기간에 인가되는 상기 제1 전압의 극성을 상기 비발광 기간에 인가되는 상기 제2 전압의 극성과는 다르게 하며,상기 구동 파형은, 상기 발광 기간에서 상기 제1 전압과 인가 시간을 곱셈한 적분 강도가, 상기 비발광 기간에서 상기 제1 전압의 극성과 반대의 극성(이하, '역극성'이라 함)을 갖는 상기 제2 전압과 인가 시간을 곱셈한 적분 강도와 균형을이루는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 구동 방법.
- 제6항에 있어서,상기 1 화상 표시 기간에 대한 상기 발광 기간의 비율인 듀티비가 30∼70%인 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 구동 방법.
- 제6항에 있어서,상기 1 화상 표시 기간이 복수개 세트의 상기 발광 기간과 상기 비발광 기간으로 분할되는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 구동 방법.
- 제6항에 있어서,리튬, 나트륨 또는 칼슘 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 혹은 이들의 염으로 이루어지는 층이 상기 발광 영역을 갖는 층과 접하는 방식으로 상기 음극 측에 형성되는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 구동 방법.
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