CN1163671A

CN1163671A - 显示器件

Info

Publication number: CN1163671A
Application number: CN 96190532
Authority: CN
Inventors: A·G·J·斯塔林; D·B·布劳恩; K·E·奎克
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1996-05-07
Publication date: 1997-10-29

Abstract

一种用于电致发光器件的控制器件，包含例如以阵列形式排列的像素组成的半导体聚合物活性层，能够降低闪烁和串扰现象。控制器件可按照电压控制，在像素上的电压至少1.6伏，不过最好按照电流控制，以此电流、数据脉冲持续期间确定灰度。

Description

显示器件

本发明涉及一种电致发光器件，该器件包含一形成在第一和第二电极图形结构之间的由半导体的共轭聚合物构成的活性层，至少这两个图形结构的其中之一对发出的光是透明的，以及第一图形结构包含的材料适于在活性层中注入空穴。

活性层和两个电极层可共同构成一个发光二极管(LED)，不过该电致发光器件最好包含多个LED，例如以由用于显示的各发光表面构成的阵列的形式配置。

固态LED可用作发光源，例如用于显示器和指示灯。这种结构中的活性层通常采用传统的III-V族的半导体化合物，例如掺杂的GaAs和GaP。其工作原理是基于由位于活性层的两侧上的电极注入到半导体材料中的电子空穴对的重新组合。由于这种重新组合作用，释放出(可见)光形式的能量，这种现象称为电致发光。发出的光的波长亦即颜色是半导体材料的带隙决定的。

例如在“应用物理通信”58(18)第1982-1984页(1991.5.6)由D.Broun和A.J.Heeger所著的论文中提出的半导体有机聚合物的使用增加了用于这些类型器件的可能采用的材料的数量。半导体有机聚合物具有一个共轭聚合物链。通过适当选择共轭化合物链和选择适当的侧链可以调节带隙电子亲和力和电离电势。与导电聚合物相反，这些共轭聚合物是不掺杂的。这种聚合物材料的活性层可以利用CVD法来制造，不过最好通过可溶性的共轭聚合物的溶液的旋转涂覆来制造。利用这些方法可以以简单的方式制造具有大的发光表面的LED和显示器。

用于显示信息例如视频应用和监视器的阵列式显示器分成按行和列排列的大量的像素。经常会产生一些问题，特别是当驱动这种类型的阵列式显示器时。第一个本身可能出现的问题称为串扰(crosstalk)，在这种情况下，一个行电极或一个列电极的电压变化会影响一个(非选择的)像素的不希望有的电压变化。另一个问题是闪烁问题，特别是在大型阵列例如用于显示视频信息或数据图信息的阵列时会出现。此外，在各种视频应用中迫切希望由像素可以发出不同数值的光亮度(灰度)。

本发明的目的是避免出现上述的一或多个缺点。为此，根据本发明的一种电致发光器件其特征在于，在电极图形结构的重叠区，这些电极图形结构连同中间的聚合物一起构成像素部分，以及该装置包含一个驱动电路，这个电路在工作时，在非选择的像素的位置向第一图形结构提供相对于第二图形结构为零的电压或负电压，以及在选择的像素的位置向第一图形结构提供相对于第二图形结构至少为1.6伏的正电压。在这样一种电压下，仍然可以观察到少量的光输出。

本发明基于认识到这样一种情况，即LED结构的整流特性使得利用通常用于无源显示器件例如按照由Alt & Pleshko(IEEE电子器件论文集第ED21卷第146-155页1974.2.2.)提出的多模式的驱动方法不可能驱动具有阵列结构的这种显示器件。在非选择期间，通过提供第一图形结构相对于第二图形结构的电极的零电压或负电压，与该像素相关联的二极管应当关断。在选择期间，利用足以使LED通过足够电流的高电压，即第一图形结构上的电压相对于第二图形结构的电压至少为1.6伏的正电压，使二极管导通。在这些电压下不会有串扰或很难有串扰。第一图形结构相对于第二图形结构电极的正电压最好小于20伏，以便使驱动电子电路(IC)可以用简单经济的IC制造技术就能实现。

选择持续时间通常还取决于使用的应用和聚合物材料。在本发明的器件中，第一和第二图形结构包含条状选择电极和数据电极，驱动电路最好在选择过程中向选择电极提供脉宽至少为5微秒的选择脉冲。按照这种脉冲宽度，可以实现高的画面频率而不会产生任何问题，在该频率(60赫或以上)不会产生闪烁，同时能够驱动很多行(＞1250)。

根据本发明的一种电致发光器件的优选实施例其特征在于，在一电极图形结构的重叠区，这些电极图形结构连同中间的聚合物一起构成像素部分，该器件包含一驱动电路，在其工作时在非选择像素位置向第一图形结构提供相对于第二图形结构为零的电压或负电压，以及在每次选择一或多个像素期间，驱动电路向所选择的像素提供基本恒定的电流，所述恒定电流的数值由需显示的灰度决定。

已经发现通过电流控制可以很好地调节各个像素(LED)。通过在该选择期间驱动电路向数据电极提供按照需显示灰度确定的脉宽的数据脉冲可以得到光的亮度变化(灰度)。按至少50毫微秒的脉冲宽度已可实现这一点。

另一方面，在每次选择一或多个像素期间，驱动电路向所选择的像素提供基本恒定的电流可以得到各种灰度，所述电流的数值是按照需显示的灰度确定的。

参照下文介绍的各实施例所作说明使本发明的这些和其它方面理解更加清楚。

在各附图中：

图1是根据本发明的显示器件一个部分的示意平面图，

图2是沿图1中的线II-II所取的示意断面图，

图3是根据本发明的显示器件的等效电路图，

图4到10表示用于这种器件的控制信号，

图11表示图2中所示器件的一种变型方案。

所有的图都是示意性的，未标比例。对应的元件利用相同参照标号来标注。

图1是显示器件10的一部分的平面图，图2是其断面图，在由导电材料制成的电极层的两个图形结构12、13之间具有一活性层11。在这一实施例中，电极12构成列或数据电极，电极13构成行或选择电极。按照这种方式，发光二极管(LED)14的阵列采用中间作用材料构成，这些发光二极管在本申请中也被称为图像基元14或像素14(见图3)。这些电极图形结构中的至少一个对于在活性层中发出的光是透明的。在工作过程中，列电极或数据电极12以这样一种方式驱动，即被驱动时它们相对于选择电极13具有足够的正电压，以便在活性层中注入空穴。这些电极12的材料具有高的逸出功，通常由一层氧化铟(indium oxide)或氧化铟锡(indium-tin oxide)(ITO)构成。特别是由于具有良好的导电性和高的透光性，ITO是较适合的。选择电极13用作负电极(相对于电极12)，用以向活性层注入电子。在这个实施例中，这层材料是铝。最好选择一种具有低逸出功的材料，例如铟、钙、钡或镁。由于通常较大的电流通过行电极，要求具有低的欧姆值，例如通过选择材料或选择层的厚度来达到。

通过真空沉积、溅射和CVD方法形成ITO的电极12。这些电极以及通常还有电极13都利用常规的光刻法或在蒸发沉积的过程中利用掩膜以与器件10的预期图形相一致的部分遮蔽作用按各种图形构成。

适用于活性层或发射层11的共轭聚合物是根据聚(3-烷基噻吩)〔poly(3-alkylthiophene)〕和聚(对-亚苯基亚乙烯基)〔poly(p-phenylene vinylene)〕(PPV)形成的聚合物。优先选用可溶性的共轭聚合物是因为比如在采用旋转涂覆法时它们易于处理。

可溶性的共轭PPV衍生物的实例是聚(二烷氧基-对-亚苯基亚乙烯基)和聚(二烷基-对-亚苯基亚乙烯基)。这些聚合物的亚苯基经常可以由烷氧基或烷基在2，5位置上取代。第一种基团替代的代表例如是聚〔2-甲氧基，5-(2-乙基己氧基)-对-亚苯基亚乙烯基〕(MEH-PPV)、当其在该活性层使用时发出桔黄色的光，以及发出桔红色光的聚〔2-甲氧基，5-(3，7二甲基辛氧基)-对-亚苯基亚乙烯基〕。第二种基团的代表例如是：聚〔2-甲基-5-(正-十二烷基)-对-亚苯基亚乙烯基〕、聚〔2-甲基-5-(3，7-二甲基辛基)-对-亚苯基亚乙烯基〕，以及聚〔2-甲基-5-(4，6，6-三甲基庚基)-对-亚苯基亚乙烯基〕。后三种聚合物当用于该作用时，发出绿光。

根据共轭聚合物的制备方法，聚合物可包含高达15％的非共轭单元。这些非共轭单元的出现增强了由在活性层中每个注入的电子产生的光子数确定的电致发光效率。

上述共轭的PPV衍生物可溶在常用的有机溶剂中，例如卤代烷类(例如三氯甲烷)，和芳烃(例如甲苯)。丙酮和四氢呋喃也可以用作溶剂。

共轭聚合物的聚合度在10到100000之间。

共轭聚合物的活性层的层厚为10到250毫微米，特别是100到200毫微米之间。

LED结构可以形成在例如由玻璃、石英玻璃、陶瓷材料或合成材料构成的基片上。最好使用透光或透明的基片。如果希望一种柔性的电致发光器件，则采用透明的合成材料膜。适合的透明和柔性的合成材料例如为聚酰亚胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚乙烯和聚氯乙烯。

图3是n行m列这种LED14组成的阵列的一部分的等效电路图。这一器件还包含一个行选择电路15(例如多路转换电路)以及数据寄存器16。外部提供的信息17例如视频信号在处理单元18中处理，该处理单元根据所要显示的信息经过电源引线19对数据寄存器16的各个部分充电，采用的方式是经过线21向晶体管22(在这个实施例中为pnp晶体管)的基极23提供一个与所述信息相关的电压。在这个实施例中，实际的列导体12电连接到晶体管22的集电极24，而晶体管的发射极25经过电阻26连接到一个固定的电压，在这个实施例中，该电压是由一接地的电压源27提供的+2伏电压。选择具有基本上相同阻值的各电阻26以及由寄存器16向基极23提供的电压，在这一实施例中选择的方式是使电阻22和电阻26的组合可以认为是一个理想的电流源。然而，假如这个电流经过集电极可以被消耗，则相应的电流源仅能传输电流。因此，行电极13上的电压应当足够低。相应的行选择电压是由行选择电路15提供的。利用驱动单元18经过驱动线20实现行的选择和线21上电压的提供之间的相互同步。

用于这种器件的相关驱动信号示意地表示在图4到图10中。图4到6表示行或线选择信号，在上述实施例中，在周期t_L期间通过提供一个选择电压Vse1来选择线1、2…和n。在所述周期的其余部分，例如等于一个图象周期或(例如在这一实例中的)帧周期t_f，形成一个非选择电压V_nonse1。

在帧周期，这些电压提供到列电极或数据电极12上，使像素P₁₁和p₁₂按照亮度为0和约1/4 I₀发光，而像素P₂₁和P₂₂按约1/2 I₀的亮度发光，像素p_n1和P_n2按照约3/4 I₀和1/4 I₀的亮度发光，其中I₀为最大亮度。

图7和图8表示施加到列电极12上的电压，假如该器件是由电压控制的话(图3中所示的电流源22取消，直接由寄存器16给列电极12提供数据电压)。由时刻t0开始利用电压V_se1选择线1并持续周期t_L，同时，将电压-V_D和-1/2V_D加到列1和列2的列电极上。在二极管结构上形成的电压从阳极到阴极看分别为(-V_D-V_se1)和(-1/2V_D-V_se1)。在周期t_L从时刻t1，利用电压V_se1选择行2并持续时间t_L，同时电压0和+V_D被提供到列1和列2的列电极上。在二极管结构上形成的电压分别为-V_se1和(V_D-V_se1)。与之相似，在周期t_L从时刻t_n-1选择行n并持续时间t_L，同时电压1/2V_D和-1/2V_D被提供到列1和列2的列电极上。在二极管结构上分别形成(+1/2V_D-V_se1)和(-1/2V_D-V_se1)的电压。

在这实例中，这样选择V_se1和V_D(例如V_se1为负电压)，即在LED结构上的电压为(-V_D-V_se1)时基本上不导通，灯刚好不发光，而在(V_D-V_se1)电压下按照亮度I₀发光。假如在LED上的电压和发光亮度之间存在一个线性关系，则像素按照上述亮度发光。实际上，这种关系是非线性的，因而必须考虑对LED的亮度-电压偏差进行校正，以及对其它特性例如阈值电压进行校正。

这样选择电压V_nonse1，而不管在列电极上的电压如何，在非选择过程中，例如通过选择一个大于最大数据电压的正的电压值(V_nonse1＞V_Dmax)，在LED结构上从阳极到阴极看总是形成一个负电压或零电压。

然而，当使用电流源22、26时，通过的电流和光的亮度之间存在基本线性的关系。这样就提供了一种通过电流调制控制LED发光量的可能性。数据寄存器16则向晶体管22的基极23提供这样一个电压，使得相关电流值在与LED的在数值0和I₀之间发光状态相对应的数值之间变化。

然而，最好，输入的信息17按这样一种方式进行处理(例如利用数字技术)，使与这种信息相关的灰度按照脉冲宽度被存储起来，在图9和10中表示了在与列1、2…n相关联的晶体管的基极上的相应的电压变化。在周期t0-t1，与列1相关连的晶体管没有被选择，而在1/4 t_L期间列2相关连的晶体管通过其基极的电压V₀被选择。这一电压是这样选择的，通过选择电阻26，使晶体管22总是通过发光亮度为数值I₀的电流(例如，通过电压源27使各发射极电阻26的公共点处电压为+2伏时基极电压为0伏)。相应的像素P₁₁和P₁₂的发光亮度分别为0和1/4 I₀。同时，不管在列电极12上的电压如何，再次这样选择V_nonse1，使非选择的元件将各数据和行电极之间的电压保持在零或负电压(在LED结构上从阳极到阴极看)。

在周期t1-t2，在1/2t_L期间选择与列1相关连的晶体管，在t_L期间选择与列2相关连的晶体管，这种选择是在其基极上施加电压V₀实现的。像素P₂₁和P₂₂的相应光亮度为1/2I₀和I₀。在周期t_n-1-t_n，利用在其基极上施加电压V₀，在3/4t_L期间选择与列1相关联的晶体管，在1/4t_L期间选择与列2相关联的晶体管。像素P_n1和p_n2的相应的光的亮度为3/4I₀和1/4I₀。

虽然，在这个实例中是按照数据脉冲的脉冲宽度t_L来形成光亮度数值I₀，但这一数值可以利用更短的脉冲来实现。因此，在图9和10中所示的数据脉冲可以具有比实际行周期t_L更短的脉宽。

如前所述，倘若在LED结构上的正电压足够高(＞1.6伏)以引起导通发光，如果采用参照图4到8所介绍的电压控制方式在LED(像素)上的电压可以在很宽的范围内变化；由于实用原因(由IC提供的驱动电压)，这个电压最好维持在20伏以下，尽管这对于器件工作并不是严格需要的。

此外，在两个实例中选择脉冲(以及数据脉冲)的脉冲宽度可以在很大的范围内选择。对于计算机监视器应用场合，采用5微秒的最小脉冲宽度是足够的。

当采用电流控制时，可以采用50毫微秒的数据脉冲。已经发现按照这些脉冲宽度的上述电压是令人满意的。按较小的脉冲宽度，所需电压将急剧变大，这将导致上述实用上的缺点，尽管在原理上是不可能的。

图11表示的根据本发明的器件中设有作为导电聚合物区的透明电极12。构成透明的聚合物电极层目的在于形成具有不同电特性的区域。这意指，聚合物电极层根据位置呈现通电和非通电状态。除了用作注入空穴的实际电极的导电区12以外，聚合物层包含电绝缘的区域8。在这里电绝缘被理解为在使用的层厚下表面电阻率至少为10⁸欧/方(10⁸Ω/square)。在使用的层厚下，导电区的表面电阻率最大单位1千欧/方，因而适用作为电极。

适用于透明电极层的聚合物是聚苯胺(PANI)和聚-3，4-乙烯二氧噻吩(poly-3，4-ethylene dioxythiophene)(PEDOT)。这种聚合物可以指定为导电状态和绝缘状态。

概括说来，本发明涉及一种用于电致发光显示器件的控制器件，该显示器件具有由半导体聚合物构成的例如按阵列排列的像素组成的活性层，以便减少闪烁和串扰现象。这种控制器件可以按照电压控制，在像素上的电压可以在1.6到20伏之间控制，但最好按照电流控制，以此电流，选择脉冲的持续时间确定灰度。

虽然，本发明已经参照阵列式显示器进行了介绍，但所述的驱动方法和器件也可以用在具有线段式图形电极的显示器件(字母数字显示器)或单个LED结构。

代替所示的电流源，可以另外采用根据pnp晶体管或MOS晶体管的电流源，同时也可以采用利用运算放大器的电流源。

Claims

1.一种电致发光器件，包含半导体的共轭聚合物的活性层，这一层形成在第一和第二电极图形结构之间，两个图形结构中的至少一个对发出的光是透明的，第一图形结构包含的材料适合于在活性层中注入空穴，其特征在于，在电极图形结构的重叠区，这些电极图形结构连同中间的聚合物构成像素部分，以及该器件包含一驱动电路，在工作时，在非选择的像素位置处向第一图形结构提供相对于第二图形结构为零的电压或负的电压，并在选择的像素的位置处向第一图形结构提供相对于第二图形结构为至少1.6伏的正向电压。

2.如权利要求1所述的电致发光器件，其特征在于，该正向电压小于20伏。

3.如权利要求1或2所述的电致发光器件，其特征在于，第一和第二图形结构包含条形选择和数据电极，还在于，在选择过程中，驱动电路向选择电极施加脉冲宽度至少为5微秒的选择脉冲。

4.如权利要求3所述的电致发光器件，其特征在于，在选择的过程中，驱动电路向像素提供基本固定数值的电流，而灰度是由选择脉冲的宽度确定的。

5.一种电致发光器件，包含一由半导体共轭聚合物的活性层，这一层形成在第一和第二电极图形结构之间，两个图形结构中的至少一个对发出的光是透明的，第一图形结构包含的材料适合于在该活性层中注入空穴，其特征在于，在电极图形结构的重叠区，这些电极图形结构连同中间的聚合物形成像素部分，该器件包含一个驱动电路，在工作时，在非选择的像素的位置处，驱动电路向第一图形结构提供相对于第二图形结构为零的电压或负的电压，以及在每次选择一或多个像素的过程中该驱动电路向选择的像素提供基本恒定的电流，所述恒定电流的数值是由需显示的灰度确定的。

6.如权利要求5所述的电致发光器件，其特征在于，在选择过程中，驱动电路向选择的像素提供的脉冲的脉冲宽度至少50毫微秒。

7.如权利要求5或6所述的电致发光器件，其特征在于，第一和第二图形结构包含条形选择和数据电极，还在于，在选择过程中，驱动电路向选择电极提供的选择脉冲的脉冲宽度至少5微秒。

8.如权利要求1到7中任一权利要求所述的电致发光器件，其特征在于，第一图形结构构成电极层的一部分，在该电极层中，电绝缘的聚合物区按各种图形分布。

9.如权利要求8所述的电致发光器件，其特征在于，电极层包含聚苯胺或聚3，4-亚乙基二氧噻吩。