Brevet FR2931008A1 — publié le 20091113

Procédé de contrôle d'une diode organique électroluminescente à alimentation pulsée Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un procédé de contrôle d'une diode organique électroluminescente comportant, l'alimentation de la diode pendant une 10 durée d'alimentation inférieure à une période de rafraîchissement prédéterminée. État de la technique 15 Les diodes organiques électroluminescentes (OLED pour � organic Light emitting diode � en anglais) se dégradent facilement par oxydation ou par leur simple utilisation qui dégrade les couches en matériaux organiques les composant. Elles furent tout d'abord encapsulées pour limiter leur oxydation 20 à l'air ambiant. Cependant leur durée de vie actuelle (moins de 20 000 heures pour des OLED bleues) n'est pas encore suffisante pour permettre leur intégration dans des écrans de télévision dont la durée de vie moyenne de fonctionnement est de 60 000 heures. 25 Objet de l'invention L'invention a pour but d'augmenter significativement la durée de vie d'une diode organique électroluminescente en limitant sa dégradation au cours du 30 temps lorsqu'elle est alimentée.5 Ce but est atteint par le fait que l'alimentation de la diode pendant chaque période de rafraîchissement est constituée par au moins deux impulsions de tension ou de courant, séparées par une période de repos. Selon un développement de l'invention, une tension négative est appliquée aux bornes de la diode pendant chaque période de repos. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : 15 La figure 1 représente, en fonction du temps, un exemple d'évolution de la tension de contrôle U pouvant être appliquée aux bornes d'une OLED. La figure 2 représente l'évolution de la tension U appliquée à une OLED en fonction du temps, dans un procédé de contrôle selon l'invention. 20 La figure 3 illustre les variations de la durée de demi-vie (LT 50%) de deux OLEDs contrôlées par une tension de contrôle selon la figure 1 et de deux OLEDs contrôlées par une tension de contrôle selon la figure 2 en fonction du rapport toff/Tr entre la durée de repos et la période de rafraîchissement. La figure 4 représente l'évolution de la tension appliquée à une OLED en 25 fonction du temps, dans une variante du procédé de contrôle selon l'invention. La figure 5 représente l'évolution de la durée de demi-vie d'une OLED en fonction de la tension appliquée pendant la période de repos. Les figures 6 et 7 illustrent des circuits d'adressage permettant d'appliquer 30 aux bornes de l'OLED une tension de contrôle selon l'invention.10 Les figures 8 à 12 illustrent l'évolution des signaux en différents points du circuit d'adressage de la figure 7. La figure 13 illustre les variations de la tension aux bornes de l'OLED en fonction du temps, dans une variante de réalisation du procédé selon s l'invention. Description de modes préférentiels de réalisation Pendant une période de rafraîchissement Tr, classiquement de 20ms, la 10 tension de contrôle U illustrée à la figure 1, prend successivement une valeur non nulle, prédéterminée, pendant une période d'alimentation ton, puis passe à zéro pendant une période de repos toff. La période de rafraîchissement Tr de 20ms peut correspondre à un rafraîchissement de 50Hz ou de 100Hz, classiquement utilisé dans les téléviseurs. 15 Tandis que sur la figure 1, une seule impulsion de tension est appliquée à l'OLED pendant chaque cycle de rafraîchissement, dans le procédé de contrôle selon l'invention, illustré à la figure 2, au moins deux impulsions de tension lui sont appliquées au cours de chaque période de rafraîchissement. 20 La période d'alimentation ton correspond alors à la somme des durées des périodes d'alimentation tonl (de tO à t1) et ton2 (de t2 à t3) des deux impulsions, tandis que la période de repos toff correspond à la somme des durées des deux périodes de repos élémentaires toffl (de t1 à t2) et toff2 (de t3 à t4). Si n impulsions (nz2) sont appliquées à l'OLED pendant chaque 25 période de rafraîchissement, toffi étant la durée d'une période de repos élémentaire entre deux impulsions de tension, avec i = 1 à n, la période de repos toff est alors donnée par toff = E toffi. De même, toni étant la durée d'une période d'alimentation élémentaire, la période d'alimentation est donnée par ton = toni. 30 En fonction des applications, une OLED peut être alimentée soit en tension, soit en courant, et l'alimentation de la diode pendant chaque période de rafraîchissement est constituée par au moins deux impulsions de tension ou de courant séparées par une période de repos toff. La figure 3 illustre les variations de la durée de demi-vie (LT 50%) de deux OLEDs (01 et 02) contrôlées en courant par une seule impulsion d'alimentation (de manière analogue à la figure 1) et de deux OLEDs (03 et 04) contrôlées en courant par deux impulsion d'alimentation (de manière analogue à la figure 2) en fonction du rapport toff/Tr entre la durée de repos et la période de rafraîchissement. Les OLEDs 01 à 04 sont de même type et la valeur de la tension ou de courant d'alimentation est choisie de manière à ce que la luminance moyenne temporelle soit toujours la même. Or, pour compenser la perte de luminance due à l'augmentation de la période toff au cours de la période de rafraîchissement Tr, il est nécessaire d'augmenter la tension ou le courant d'alimentation qui lui est appliquée pendant la période d'alimentation ton. Ainsi, plus le rapport toff/Tr est élevé, plus la tension ou le courant d'alimentation est important pour une luminance moyenne prédéterminée. Il ressort de la figure 3 que, pour chaque OLED, quel que soit le procédé de contrôle utilisé (fig.1 ou fig.2), le temps de vie de l'OLED augmente lorsque le rapport toff/Tr augmente. De plus, la durée de vie des OLEDs 03 et 04, alimentées avec deux impulsions par période de rafraîchissement est supérieure à celle des OLEDs 01 et 02 alimentés par une seule impulsion. La différence entre les durées de vie est d'autant plus importante que le rapport toff/Tr est important. L'invention est donc basée sur le fait que la durée de vie d'une OLED est 30 directement liée non seulement au rapport toff/Tr entre la durée de la période de repos et la durée de la période de rafraîchissement, mais également au nombre de périodes de repos, périodes pendant lesquelles l'OLED n'est pas alimentée, pendant une période de rafraîchissement de durée prédéterminée, c'est-à-dire au nombre d'impulsions de tension ou de courant qui lui sont appliquées pendant chaque période de rafraîchissement. Ainsi, le procédé de contrôle selon l'invention comporte l'alimentation de la diode électroluminescente par une tension ou un courant pendant une durée d'alimentation ton inférieure à la période de rafraîchissement Tr. Pour chaque période de rafraîchissement Tr, la tension ou le courant appliqué est constitué par au moins deux impulsions de tension ou de courant séparées par une période de repos toff. La somme des durées des impulsions, est égale à la durée ton nécessaire, pour une tension ou un courant donné, pour obtenir une luminance moyenne désirée sur la période de rafraîchissement Tr de la diode. La durée de vie de l'OLED peut, de plus être améliorée par l'application, entre deux impulsions, d'une tension négative aux bornes de l'OLED alimentée en tension (figure 4). L'application de cette tension négative, constituant une tension de dépolarisation, permet de dépiéger les porteurs piégés de l'OLED afin de favoriser le transport des porteurs suivants lors de l'impulsion de tension suivante. En effet, l'accumulation de porteurs piégés dans les couches organiques d'une OLED charge le semi-conducteur organique et modifie les propriétés des couches de transport pouvant rendre le semi-conducteur plus ou moins isolant, entraînant ainsi une dégradation de l'OLED. Comme illustré à la figure 5, la durée de demi-vie (LT 50%), exprimée en heure, évolue en fonction de l'amplitude de la tension de dépolarisation négative Vpepo, appliquée à l'OLED lors d'une période de repos toff. Plus la tension de dépolarisation est négative, plus la durée de vie de l'OLED est élevée. Ainsi, sur la figure 5, lorsque la tension n'est appliquée entre deux impulsions est nulle (Vdepo,=OV), la durée de vie de l'OLED est d'environ 2350 heures, alors que pour une même OLED à laquelle on applique une tension négative de -5V entre deux impulsion, la durée de vie passe à 2600 heures, ce qui représente un gain d'environ 13%. L'application d'une tension de dépolarisation négative aux bornes de la diode en période de repos toff améliore significativement la durée de vie de la diode aussi bien dans le cas où la période de rafraîchissement comporte une seule impulsion, de durée ton, que dans le cas où la période de rafraîchissement comporte au moins deux impulsion. La combinaison de ces deux mesures (pluralité d'impulsions et tension de dépolarisation négative pendant la période de repos) permet d'obtenir une augmentation optimale de la durée de vie. La commande de l'OLED peut être réalisée par tout moyen permettant d'assurer une alimentation pulsée de l'OLED pendant sa période de rafraîchissement et l'application d'une tension négative à ses bornes entre deux impulsions d'alimentation. À titre d'exemple, la figure 6 représente un circuit d'adressage d'une OLED, permettant de contrôler I'OLED selon le procédé de contrôle décrit ci-dessus. Ce circuit d'adressage comporte un premier interrupteur 11 connecté en série avec l'OLED 1 entre une sortie d'un circuit de commande 2 fournissant la tension d'alimentation Vdd et une tension de cathode Vcathode négative ou nulle. Le premier interrupteur 11 est commandé par un signal de commande S1, de manière à assurer l'alimentation pulsée de la diode décrite ci-dessus, c'est-à-dire l'application au cours de chaque période de rafraîchissement Tr d'au moins deux impulsions de tension ou de courant. Au cours de chaque période de rafraîchissement Tr, le premier interrupteur 11 est donc successivement fermé (périodes d'alimentation tonl et ton2) et ouvert (périodes de repos toffl et toff2) au moins deux fois de manière à appliquer au moins deux impulsions d'alimentation de l'OLED. Comme illustré à la figure 7, le premier interrupteur 11 est, de préférence, constitué par un transistor Ti, de type PMOS. L'électrode de commande (grille) du transistor Ti est connectée à une ligne de contrôle fournissant le signal binaire de commande S1 permettant d'activer et de désactiver l'alimentation de l'OLED. Ainsi, pour un transistor Ti de type PMOS, la cathode de l'OLED étant, par exemple, à la masse, lorsque le signal de commande S1 est à l'état bas pendant les périodes ton , par exemple à 0 V, le transistor Ti est conducteur et l'OLED est alimentée, tandis que le transistor Ti est bloqué lorsque le signal de commande S1 est à l'état haut, par exemple à Vdd, pendant les périodes de repos. Les circuits d'adressage des figures 6 et 7 permettent, de plus, d'appliquer à l'OLED une tension de dépolarisation négative entre deux impulsions d'alimentation. Ces circuits comportent un second interrupteur 12, de contrôle, de préférence constitué par un transistor de contrôle T2 de type NMOS, connecté entre l'anode de l'OLED 1 et une tension de dépolarisation VDepo,. Ce second interrupteur 12 est contrôlé par un signal de commande S2, synchronisé avec le signal de commande S1, de manière à ce que lorsque le premier interrupteur 11 est fermé, le second 12 soit ouvert et vice-versa. Lorsque le second interrupteur 12 est en position fermée, la tension de dépolarisation VDepo,, négative, est appliquée à l'OLED 1. Les figures 8 à 12 illustrent, à titre d'exemple, l'évolution, en fonction du temps des différents signaux d'un circuit d'adressage selon la figue 7. Ces figures respectivement le signal de commande S1 (figure 8), le signal de commande S2 (figure 9), la tension négative de dépolarisation VDepo, (figure 12) et un exemple de tension Vdd (figure 10), correspondant aux signaux à appliquer à l'OLED, ainsi que la tension U obtenue aux bornes de l'OLED (figure 11). À titre d'exemple, la tension de dépolarisation est de -3V. Lorsque le signal S1 est à l'état bas (par exemple S1 = OV), c'est-à-dire pendant les périodes d'alimentation, entre les instants t0 et t1 et entre les instants t2 et t3, le transistor Ti est saturé et donc passant. Simultanément, le signal S2 est à une valeur suffisamment négative (tension de blocage), par exemple égale à Vdepol, pour que le transistor T2, de type NMOS soit bloqué. Une impulsion de tension est ainsi appliquée aux bornes de l'OLED (figure 11). À l'inverse, lorsque le signal S1 est à l'état haut, pendant les périodes de repos (t1-t2, t3-t4), le transistor Ti est bloqué. Simultanément, le signal S2 est mis à zéro ou à une tension suffisamment supérieure à la tension de dépolarisation Vdepol pour rendre conducteur transistor T2 et appliquer la tension de dépolarisation aux bornes de l'OLED. De manière générale, la tension maximale de chaque impulsion est, de préférence, inférieure à 25V. Par ailleurs, la valeur absolue de la tension négative appliquée aux bornes de la diode pendant les périodes de repos et ayant pour but de dépiéger les porteurs est, de préférence, de l'ordre de la tension qui lui est appliquée en direct pendant les périodes d'alimentation. Cependant, pour éviter le claquage de l'OLED, elle est en pratique limitée à 10V en valeur absolue, et, de préférence, comprise entre -3V et -10V. Dans un mode de fonctionnement préférentiel, illustré à la figure 13, la tension de dépolarisation n'est appliquée aux bornes de l'OLED que pendant une partie des périodes de repos. Ainsi, le transistor T2 est bloqué, par application d'une tension de blocage (par exemple VDepol) comme signal de commande S2, avant la fin de chaque période de repos. Ainsi, sur la figure 13, après l'instant t1, le transistor Ti est bloqué et le transistor T2 conducteur jusqu'à un instant t5. Le signal de commande S2 prend alors sa valeur de blocage et la tension U aux bornes de l'OLED passe à zéro. A titre d'exemple, les tensions Vdd et Vdepoi et les signaux de commande S1 et S2 sont choisis de manière à ce que U=Vdd=7V pendant une période d'alimentation ton de 5ms, puis U= Vdepol=-5V pendant une première partie (t1-t5=10ms) de la période de repos et enfin U=OV pendant la seconde partie (t5- t2=5ms) de la période de repos. L'augmentation de la durée de la première partie de la période de repos permet de limiter l'amplitude de la tension négative de dépolarisation. La division des périodes de repos en deux parties successives, respectivement une première partie pendant laquelle la tension de dépolarisation est appliquée aux bornes de l'OLED et une seconde partie pendant laquelle les deux transistors Ti et T2 sont bloqués simultanément, permet de réaliser des économies d'énergie, entre deux impulsions. En effet, lorsque les porteurs de charge piégés ont été dépiégés (à l'instant t5), il n'est plus nécessaire de consommer de l'énergie électrique inutilement., Ainsi, il est possible d'améliorer l'espérance de vie d'une OLED tout en limitant sa consommation en appliquant successivement, lors de chaque période de repos une tension négative puis une tension nulle. Le procédé de contrôle d'une OLED décrit ci-dessus peut, notamment, être utilisé dans un système d'éclairage ainsi que dans un circuit de contrôle de sous-pixel de couleur d'un écran, notamment pour alimenter des sous-pixels de couleur bleue, dont la durée de vie est inférieure à celle des sous-pixels d'une autre couleur (en général, les sous-pixels de longueur d'onde d'émission faible ont une durée de vie plus faible). 10 Revendications1. Procédé de contrôle d'une diode organique électroluminescente comportant l'alimentation de la diode pendant une durée d'alimentation (ton) inférieure à une période de rafraîchissement (Tr) prédéterminée, procédé caractérisé en ce que l'alimentation de la diode pendant chaque période de rafraîchissement est constituée par au moins deux impulsions de tension ou de courant, séparées par une période de repos (toff). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la diode étant alimentée en tension, une tension négative est appliquée aux bornes de la diode pendant chaque période de repos. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la diode étant alimentée en tension, une tension négative et une tension nulle sont successivement appliquées aux bornes de la diode pendant chaque période de repos. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ladite tension négative est comprise entre -3 et -10V.