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JP2005538521A - エレクトロルミネセント表示装置の画素構造 - Google Patents

エレクトロルミネセント表示装置の画素構造 Download PDF

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Abstract

例えばカラーマトリクス表示ユニットに利用されるエレクトロルミネセント装置（200）が提供される。画像素子は複数のエレクトロルミネセンスサブ画素（201、202、203）を有し、このサブ画素は通通電時には発光することが可能である。各サブ画素は劣化寿命及び発光領域（211、212、213）を有し、画像素子内の第1および第2のサブ画素のいかなる組においても、第1のサブ画素の発光領域と第2のサブ画素の発光領域の比は、前記第1のサブ画素の劣化寿命と前記第2のサブ画素の劣化寿命の比に反比例する。

Description

本発明は少なくとも1つの画像素子を有する装置に関し、少なくとも1つの画像素子は複数のエレクトロルミネセンスサブ画素を有する。
1990年代初期の発見以来、高分子のような有機材料及び無機材料からなるエレクトロルミネセンス材料を用いた発光装置に関する熱心な研究開発が積極的に行われている。そのような装置を含む製品は現在では広く利用されている。そのような製品の例としては移動体通信端末、PDA等があり、これには白黒又はカラーのマトリクス表示装置が備わっている。
エレクトロルミネセント装置開発における主な進歩は、駆動電圧を低減させる技術分野、及び入力電気エネルギーを装置から放射される光エネルギーに変換する効率を向上させる技術分野で顕著である。
エレクトロルミネセンス発光ダイオードを有する通常のカラーマトリクス表示装置においては、各画像素子（画素）は3つのサブ画素を有する。異なる材料、例えば高分子若しくは低分子量材料のような有機材料、又はリンのような無機材料を用いることにより、各々の材料で原色に対応する波長帯においてエレクトロルミネセンスを提供することができ、サブ画素で現実的なカラー画像を形成することが可能となる。入力ビデオ又は画像の信号制御中にサブ画素を電気的に駆動させることで、単位色（すなわち単位サブ画素）当たりの発光が得られる。サブ画素による光出力の総和が画素の全輝度及び色相を与える。
しかしながらそれぞれのエレクトロルミネセンス材料において寿命は異なることが知られている。ここで寿命という用語は一定輝度下での寿命を表す。材料は例えば光酸化、電気酸化及び分子鎖再配向により劣化し、入力電気エネルギーの光束への変換効率は低下する。言うまでもなく、劣化の時間的挙動は個々のエレクトロルミネセンス材料によって異なる。
エレクトロルミネセンス材料の寿命は、単にその材料を含む装置の輝度の変化を測定することにより把握することが可能であるが、劣化寿命は、装置に電流を流した際にエレクトロルミネセンス材料に得られる電流密度にも依存する。電流密度と寿命との間には反比例の関係が認められており、すなわち所与の有機材料素子への入力電流を2倍に増加させた場合、その素子の劣化寿命は2倍速く低下する。
このような一見避けることのできない劣化の影響は、異なるエレクトロルミネセンス材料で構成される複数のサブ画素からなる画像素子を有するカラーディスプレイを構成する場合には、重大な問題につながる。その問題は、カラー表示を利用する場合、例えばコンピュータ又は他の個人通信装置にカラーディスプレイを提供する際、正しい色及び色相を表示するというディスプレイ性能を維持するには、長時間サブ画素間の輝度バランスを維持させる必要があるという事実にある。実際、劣化時間幅の最も短いエレクトロルミネセンス材料を有するサブ画素によってディスプレイの寿命は決まる。
従来のエレクトロルミネセント表示装置は、米国特許第6366025号明細書に記載されている。この例によると、画像素子内のR-、G-及びB-のサブ画素の発光領域は、発光効率の異なるサブ画素を補償するように定められ、サブ画素には全サブ画素で電流密度が一定レベルに維持されるように給電がされる。
米国特許第6366025号明細書
本発明の課題は、エレクトロルミネセンス材料を利用する装置において従来のような問題を解消することである。
本発明による課題解決法では、エレクトロルミネセント装置の劣化寿命を延伸させる方法を提供する。換言すれば本発明によって、エレクトロルミネセント装置の画像素子内の1又は2以上のサブ画素の短時間不良を回避するという課題、さらにそれにより寿命を延伸するという課題に対する解決策が示される。
以下に示すように本発明の解決策は、サブ画素間の輝度バランスを許容内に維持することのできるサブ画素配列を有するエレクトロルミネセント装置を提供することを含む。
より詳細には、本発明のエレクトロルミネセント装置は少なくとも1つの画像素子を有し、前記少なくとも1つの画像素子は、通電時に発光することの可能な複数のエレクトロルミネセンスサブ画素を有し、前記サブ画素の各々は劣化寿命及び発光領域を有し、
画像素子内の第1及び第2のサブ画素のいかなる組においても、前記第1のサブ画素の発光領域と前記第2のサブ画素の発光領域の比は、前記第1のサブ画素の前記劣化寿命と前記第2のサブ画素の前記劣化寿命の比に反比例する。
従って本発明の効果によって、エレクトロルミネセント装置においてサブ画素の短時間不良を回避することができる。サブ画素は、サブ画素の発光領域がサブ画素の予測寿命と反比例の関係となるように配置される。換言すれば、劣化寿命の最も短い材料からなるサブ画素が、最も大きな領域を有する。
本発明の利点は、エレクトロルミネセント装置の寿命を延伸できることであって、電気的な駆動条件とは無関係に、少なくとも異なる色のサブ画素間の輝度バランスを維持できるという観点では、それが可能である。すなわち本発明では、サブ画素が実質的に電流密度の変動を示したときでも、表示寿命の延伸が可能である。これは、例えば本発明のエレクトロルミネセント装置を有するカラー表示ユニットを普通に作動させるだけで可能となる。
そのような普通の作動で、画像素子同士間に大きな輝度変化の生じる画像をランダムに表示するディスプレイを標準的に利用することができる。電流密度は寿命に反比例するため、画素を用いるディスプレイの輝度を実質上全範囲にわたって一定に保つような面積比（領域比）を定めることができる。
日本特許出願JP10003971号の概要には、異なる面積の赤、緑及び青のサブ画素を有する有機EL装置が示されている。サブ画素の面積比は寿命に基づいて選定されるのではなく、赤、緑及び青のサブ画素に同一の電圧を印加した際に白色光が得られるように選定される。
本発明の好適実施例では、画像素子は少なくとも1組のサブ画素を有し、サブ画素の面積は以下の関係により算出される。
Figure 2005538521
 ここでγ、η及びαはそれぞれ材料変数であり、γ、η及びαの添字1はいずれかの第1のサブ画素を表し、添字2はいずれかの第2のサブ画素を表す。変数γは倍数であって、画素の輝度に対する効率と、得られる画素の寿命との間の比例定数である。変数ηはCd/A単位で測定される材料の効率であって、画素を流れる電流値と、生じる光量の間の比例定数である。変数αは各サブ画素の重み付け因子を表し、換言すると、αは1カラー画素での全発光量に対するサブ画素により発光される割合である。なおカラー画素での発光量はCd単位で表される。
エレクトロルミネセンス材料は、有機材料及び無機材料の双方を有するように選定されることが好ましい。有機材料の中では、エレクトロルミネセンス高分子及び低分子量分子を選定することが好ましい。
エレクトロルミネセント装置は、照明装置、及び例えばパッシブ又はアクティブ方式のマトリクス表示ユニットに用いることが好ましい。
本発明の好適実施例を添付図面を参照して説明する。
図1には本発明によるエレクトロルミネセントカラー表示装置101を有する電子装置100を示す。本発明の表示ユニットがコンピュータ又は通信端末等のいかなる電子装置にも利用可能であることを強調するため、電子装置100は意図的に包括的手法で表現されていることは当業者には明らかである。
制御ユニット102はメモリユニット103の容量を利用して、入出力インターフェースユニット104のコネクタ108を介して例えば外部データ源と情報を交換する。制御ユニット102は、データバス107を介して行と列の信号供給線105、106に信号を提供し、これらの信号供給線105、106はエレクトロルミネセント装置101の画像素子110のマトリクスに電流を供給する。当業者には明らかなように、画像素子110は多数の個々の構成体を有しており、その幾つかについては図2と合わせて以下に説明する。しかしながら明確化のためここで言及しておくと、画像素子110はアノード及びカソードの他、エレクトロルミネセンス高分子を有し、この高分子は例えばTFT（薄膜トランジスタ）回路の一部を構成する。パッシブマトリクス配置を用いても良い。さらに以下には高分子の例のみを示すが、他の種類のエレクトロルミネセンス材料を使用することも可能であり、このような材料には有機及び無機材料の双方が含まれる。有機材料の中ではエレクトロルミネセンス高分子以外には、低分子量分子を選定することが好ましい。
次に図2を参照すると、ここには1つの単一画像素子200が示されている。第1のサブ画素高分子小片201、第2のサブ画素高分子小片202及び第3のサブ画素高分子小片203が、TFT回路（詳細は示されていない）の一部を構成する各第1、第2および第3のアノード204、205、206の上部に配置され、これらの小片はインターフェース207として示されている他の回路に接続される。当業者には明らかなように、表示装置を構成するには追加の回路が必要である。しかしながら、そのような回路は本発明の範囲ではなく、これ以上は説明しない。
各サブ画素高分子小片201、202、203はアノード204、205、206を介して電流を受け、それにより小片上にある各発光領域211、212、231が所望の発光を提供する。
図3には、3サブ画素を有する画像素子300の例を示す。第1のサブ画素は301、第2のサブ画素は304、第3のサブ画素は302で表されている。しかしながら図2に示した例と比較すると、サブ画素301、304、302の各々は異なる数の発光領域部分を有している。第1のサブ画素301は発光領域部分301を1箇所有し、第2のサブ画素304は発光領域部分305を2箇所有し、第3のサブ画素302は発光領域部分303を4箇所有する。
次に、本発明による等価寿命の考えに基づいて、領域比を導出するための計算方法を説明する。導出式では3色／サブ画素についてR、G及びBの表記が用いられていることに留意する必要がある。まず添字iはサブ画素R、G及びBを表示するために用いられる。さらにサブ画素の面積はAiであり、制約総和(Ai)=A0である。ここでA0はサブ画素を有する画像素子の（発光される）全面積である。
Iiをサブ画素を通る電流としたとき、エレクトロルミネセント装置の劣化寿命Tは、電流密度Ii／Aiを用いて以下の式で表される。
Figure 2005538521
 ここでγは倍率、すなわち画素の輝度に対する効率と、得られる画素寿命の間の比例定数であって、単位はAh／m2である。換言すれば、γは以下の式で表される寿命と、画素に設定される輝度との関係を定める。
Figure 2005538521
 単位cd／m2の輝度Biについて表すと、以下の式が得られる。
Figure 2005538521
 ここでηiは単位cd／Aの装置効率である。
色比は
αR：αG：αB
で与えられる。
すなわちαは各色の重み付け因子であり、換言すると、αはカラー画素による全発光量に対するサブ画素の1つによって発光される発光量の割合である。従って以下の式が得られ、
Figure 2005538521
 これから、
Figure 2005538521
 となる。全画素が同様に劣化するようにしたいのであるから、全寿命を等価にする設定として面積に対し以下のような関係が導かれる。
Figure 2005538521
 この最後の式は材料変数のみを含み、その変数は組み立てられた装置で測定することができる。添字1及び2で表されるいかなる2つのサブ画素においても、領域比は以下の式で表される。
Figure 2005538521
 以上を要約すれば、例えばカラーマトリクス表示ユニットに利用されるエレクトロルミネセント装置が提供される。画像素子は複数のエレクトロルミネセンスサブ画素を有し、このサブ画素は通電時には発光することが可能である。各サブ画素は劣化寿命及び発光領域を有し、画像素子内の第1および第2のサブ画素のいかなる組においても、第1のサブ画素の発光領域と第2のサブ画素の発光領域の比は、前記第1のサブ画素の劣化寿命と前記第2のサブ画素の劣化寿命の比に反比例する。
本発明によるカラー表示装置を有する電子装置を概略的に示した図である。 R-、G-及びB-のサブ画素を有する画像素子を概略的に示した図である。 多数の発光サブ画素領域部分を有する画像素子を示した図である。

Claims (10)

  1. 少なくとも1つの画像素子を有するエレクトロルミネセント装置であって、前記少なくとも1つの画像素子は、通電時に発光することの可能な複数のエレクトロルミネセンスのサブ画素を有し、該サブ画素の各々は劣化寿命及び発光領域を有し、
    画像素子内の第1及び第2のサブ画素のいかなる組においても、前記第1のサブ画素の発光領域と前記第2のサブ画素の発光領域の比は、前記第1のサブ画素の前記劣化寿命と前記第2のサブ画素の前記劣化寿命の比に反比例することを特徴とするエレクトロルミネセント装置。
  2. いかなる前記サブ画素の発光領域も、分離された複数の発光領域部を有することを特徴とする請求項1に記載のエレクトロルミネセント装置。
  3. γ、η及びαをそれぞれ測定可能な材料変数とし、ηを電流の光変換効率とし、γを効率、輝度及び寿命に依存する倍数とし、αを前記画像素子での全光出力に対する各前記サブ画素により発光される割合とし、添字1を前記第1のサブ画素、添字2を前記第2のサブ画素を表示するものとしたとき、前記第1のサブ画素の発光領域（A1）と前記第2のサブ画素の発光領域（A2）の前記比は、以下の関係
    Figure 2005538521
     に従うことを特徴とする請求項1又は2に記載のエレクトロルミネセント装置。
  4. 前記少なくとも1つの画像素子は3つのサブ画素を有し、前記サブ画素をそれぞれR-、G-、B-のサブ画素としたとき、各R-、G-、B-のサブ画素の領域AR、AG及びAB間には以下の関係
    Figure 2005538521
     が成立することを特徴とする請求項1、2又は3に記載のエレクトロルミネセント装置。
  5. 前記サブ画素は有機エレクトロルミネセンス材料を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1に記載のエレクトロルミネセント装置。
  6. 前記有機材料はエレクトロルミネセンス高分子を有することを特徴とする請求項5に記載のエレクトロルミネセント装置。
  7. 前記有機材料はエレクトロルミネセンス低分子量材料を有することを特徴とする請求項5に記載のエレクトロルミネセント装置。
  8. 前記サブ画素は無機エレクトロルミネセンス材料を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1に記載のエレクトロルミネセント装置。
  9. 前記少なくとも1つの画像素子は、照明提供用に配置されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1に記載のエレクトロルミネセント装置。
  10. 前記少なくとも1つの画像素子は、カラー表示ユニットにおけるマトリクス配列に配置されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1に記載のエレクトロルミネセント装置。
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