(57)【要約】  本発明は、第1及び第2の電極(2,3)の間に挟まれる高分子層又は小分子化合物層等の有機エレクトロルミネッセント層(1)を有する二重機能発光及び光検出デバイス(5)を駆動する方法において、−発光状態(t1)の間、第1の駆動信号(V1,J1))を前記有機エレクトロルミネッセント層(1)に加えるステップであって、前記第1の駆動信号は、光が前記エレクトロルミネッセント層(1)により生成されて放出されるようにするものである、ステップと、−検出状態(t2)の間、第2の駆動信号(V2,J2)を前記有機エレクトロルミネッセント層(1)に加えるステップであって、前記第2の駆動信号は、前記有機エレクトロルミネッセント層に外部光が当たるときに前記有機エレクトロルミネッセント層において生成される電流を正確に検出するため、前記第2の駆動信号のパワーが実質的にゼロ値を有するようなものである、ステップとを有する方法に関する。本発明は、二重機能発光及び光検出デバイス並びにその応用にも関する。
2005513734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1及び第2の電極の間に挟まれる高分子層又は小分子化合物層等の有機エレクトロルミネッセント層を有する二重機能発光及び光検出デバイスを駆動する方法において、
−発光状態の間、第1の駆動信号を前記有機エレクトロルミネッセント層に加えるステップであって、前記第1の駆動信号は、光が前記エレクトロルミネッセント層により生成されて放出されるようにするようなものである、ステップと、
−検出状態の間、第2の駆動信号を前記有機エレクトロルミネッセント層に加えるステップであって、前記第2の駆動信号は、前記有機エレクトロルミネッセント層に外部光が当たるときに前記有機エレクトロルミネッセント層において生成される電流を正確に検出するため、前記第2の駆動信号のパワーが実質的にゼロ値を有するようなものである、ステップと、
を有する方法。
【請求項２】
請求項1に記載の方法において、前記第2の駆動信号は、前記有機エレクトロルミネッセント層に印加される電圧であり、当該電圧は実質的に0ボルトの値を有する、方法。
【請求項３】
請求項1に記載の方法において、前記第2の駆動信号は、前記有機エレクトロルミネッセント層を通じて供給される電流密度であり、当該電流密度は実質的に0A/m2の値を有する、方法。
【請求項４】
請求項1に記載の方法において、更に、
−前記検出状態の間、前記有機エレクトロルミネッセント層と直列に接続されている負荷の両端の電圧又は該負荷を通じる電流のうちの1つを測定し、これにより、前記有機エレクトロルミネッセント層に特定の入射光パワーが当たるときに生成される信号を表す測定値を提供するステップ
を有する方法。
【請求項５】
請求項1に記載の方法において、更に、
−前記デバイスを前記発光状態及び前記検出状態に交互に駆動するステップであって、前記交互に起こる状態は、それぞれ約0〜20msの継続期間を有する、ステップ
を有する方法。
【請求項６】
請求項1に記載の方法において、前記電極の各々は仕事関数を有し、これら仕事関数間の差は1eVよりも大きく、好適には2〜3.5eVの間隔内にある、方法。
【請求項７】
請求項4に記載の方法において、更に、
−2つの異なった瞬間での前記測定値を比較するステップと、
−前記測定値が互いに対して所定の値よりも大きく異なる場合に、前記第1の駆動電圧をオン又はオフ状態に設定するためにスイッチング信号を決定デバイスに送信するステップと、
を有する方法。
【請求項８】
請求項1乃至7の何れか1項に記載の方法において、
−前記検出状態において前記デバイスの少なくとも一部への入射光のパワーを測定するステップと、
−前記発光状態において、前記入射パワーの前記測定値に基づいて前記デバイスの前記少なくとも一部の発光を調整するステップと、
を有する方法。
【請求項９】
請求項1乃至7の何れか1項に記載の方法において、
−前記検出状態の際にディスプレイを通じる電流を生成するために、前記ディスプレイを照光することができるように外部発光ユニットを前記デバイスの付近に配置するステップ
を有する方法。
【請求項１０】
請求項1乃至7の何れか1項に記載の方法において、
−前記検出状態で生成される前記電流を電力貯蔵ユニットに加えて該貯蔵ユニットに電力を供給するステップ
を有する方法。
【請求項１１】
二重機能発光及び光検出デバイスにおいて、
−高分子層又は小分子化合物層等の有機エレクトロルミネッセント層と、
−発光状態を生じるための第1の駆動信号と、検出状態を生じるための第2の駆動信号とを前記エレクトロルミネッセント層に交互に加えるための手段であって、前記第2の駆動信号のパワーは、前記有機エレクトロルミネッセント層に外部光が当たるときに前記有機エレクトロルミネッセント層において生成される電流を正確に検出するため、実質的にゼロ値を有する、手段と、
を有するデバイス。
【請求項１２】
請求項11に記載のデバイスにおいて、前記第2の駆動信号は、前記有機エレクトロルミネッセント層に印加される電圧であり、当該電圧は実質的に0ボルトの値を有する、デバイス。
【請求項１３】
請求項11に記載のデバイスにおいて、前記第2の駆動信号は、前記有機エレクトロルミネッセント層を通じて供給される電流密度であり、当該電流密度は実質的に0A/m2の値を有する、デバイス。
【請求項１４】
請求項11に記載のデバイスにおいて、更に、前記有機エレクトロルミネッセント層と直列に接続された負荷と、前記検出状態の間、前記負荷の両端の電圧又は前記負荷を通じる電流のうちの1つを測定し、これにより、前記有機エレクトロルミネッセント層に特定の入射光パワーが当たるときに生成される信号を表す測定値を提供する手段と、を有するデバイス。
【請求項１５】
請求項11に記載のデバイスにおいて、当該デバイスは、前記第1の及び第2の状態に交互に駆動され、前記状態のそれぞれの継続期間は0〜20msの間隔内にある、デバイス。
【請求項１６】
請求項11に記載のデバイスにおいて、前記有機エレクトロルミネッセント層は第1及び第2の電極間に挟まれ、前記電極の各々は仕事関数を有し、これら仕事関数間の差は1eVよりも大きく、好適には2〜3.5eVの間隔内にある、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第1及び第2の電極の間に挟まれる高分子層又は小分子化合物層等の有機エレクトロルミネッセント層を有する二重機能発光及び光検出デバイスを駆動する方法に関する。本発明は、二重機能発光及び光検出デバイスにも関する。本発明は、更に、このようなディスプレイの複数の応用にも関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセントディスプレイ及びデバイスは、例えば特定の高分子等の特定の有機材料が発光ダイオードにおける半導体として用いられることができるという認識に基づく比較的最近発見された技術である。これらのデバイスは、高分子材料等の有機材料の使用がこれらのデバイスを軽量、可撓性、且つ、比較的安価に作成されるようにするという事実のため、非常に興味深い。
【０００３】
最近、このような発光デバイスが、更に、入射光を測定するツールとして用いられることができることが発見された。このようなデバイスは、例えば、米国特許第5,504,323号に説明されている。この文書は、二重機能を有する発光ダイオードについて説明する。ダイオードの有機高分子層が正にバイアスされると、ダイオードは発光素子として機能し、層が負にバイアスされると、このダイオードはフォトダイオードとして機能する。負のバイアスは、好適には2.5〜15Vの間隔にある負の電圧を有する。更に、層の感光性は逆バイアス電圧によって増加するため、有機高分子層がフォトダイオードモードにおいて非常に大きい負のバイアスを有することが好ましいことが説明されている。
【０００４】
しかし、上述の二重機能ダイオードは、多くの欠点を有する。まず第一に、米国特許第5,504,323号にて説明されたデバイスは、0Vの周辺で非対称リーク電流挙動を示し、従って、漏れ電流が不安定であることが分かっている。更に、高い負電圧の印加はデバイスの故障確率の増加に至り、暗電流は有機エレクトロルミネッセント層を通じた欠陥及び短絡に直接関連しているため、暗電流は非常に不安定である。これは、逆動作の下での光電流検出における貧弱な信号対雑音比に至る。しかし、最も重要なことに、従来技術のデバイスは、大きい駆動電圧のため多くの電力を消費する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、代替デバイスが所望される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの及び他の目的は、本発明によって、冒頭で説明される方法であって、更に、
−発光状態(t1)の間、第1の駆動信号(V1, J1)を前記有機エレクトロルミネッセント層(1)に加えるステップであって、前記第1の駆動信号は、光が前記エレクトロルミネッセント層(1)により生成されて放出されるようにするものである、ステップと、
−検出状態(t2)の間、第2の駆動信号(V2, J2)を前記有機エレクトロルミネッセント層(1)に加えるステップであって、前記第2の駆動信号は、前記有機エレクトロルミネッセント層に外部光が当たるときに前記有機エレクトロルミネッセント層において生成される電流を正確に検出するため、前記第2の駆動信号のパワーが実質的にゼロ値を有するようなものである、ステップと、
を有する方法により達成される。これにより、ディスプレイの消費電力を最小化することによって二重機能有機デバイスの高度に経済的な駆動方法が達成されることができる。例えば携帯デバイスにおける本発明の使用は、バッテリの寿命を相当に増加する。
【０００７】
好適には、前記第2の駆動信号は、前記有機エレクトロルミネッセント層に印加される電圧であり、当該電圧は、実質的に0ボルトの値を有する。これにより、リーク電流の無いディスプレイが達成される。
【０００８】
代替的に、前記第2の駆動信号は、前記有機エレクトロルミネッセント層を通じて供給される電流密度であり、当該電流密度は実質的に0A/m2の値を有する。このことは、有機ディスプレイデバイスが電流により駆動されるため、直接的な実現を可能にする。
【０００９】
好適には、本方法は、前記検出状態の間、前記有機エレクトロルミネッセント層と直列に接続されている負荷の両端の電圧又は該負荷を通じる電流のうちの1つを測定し、これにより、前記有機エレクトロルミネッセント層に特定の入射光パワーが当たるときに生成される信号を表す測定値を提供するステップを更に有する。
【００１０】
更に、本方法は、適切には、前記デバイスを前記発光状態及び前記検出状態に交互に駆動するステップであって、前記交互に起こる状態は、それぞれ約0〜20msの継続期間を有する、ステップを有し、これにより、差が人間の目によって知覚されること無くディスプレイデバイスに本方法を組み込むことを可能にする。
【００１１】
更に、電極2,3の各々は好適には仕事関数を有し、それぞれの仕事関数間の差は1eVよりも大きく、好適には2〜3.5eVの間隔内にある。前記仕事関数間に好適には大きい差があることによって、ディスプレイの検出状態では良い検出を達成すると同時に発光状態では最適な発光を達成することが可能である。
【００１２】
更に、本方法は適切には、
−2つの異なった瞬間での測定値を比較するステップと、
−測定値が互いに対して所定の値よりも大きく異なる場合に、前記第1の駆動電圧をオン又はオフ状態に設定するためにスイッチング信号を決定デバイスに送信するステップとを有する。これによって、ディスプレイの光状態が変化するとき(例えば、ユーザがディスプレイを見るためにポケットからディスプレイをとるとき)にのみデバイスを用いる(例えばデバイス上に画像を表示する)ことが可能になる。従って、消費電力は、画像の連続的な表示と比較して低減されることができる。
【００１３】
代替的に、本方法は、更に、
−前記検出状態において前記デバイスの少なくとも一部への入射光のパワーを測定するステップと、
−前記発光状態において、前記入射パワーの測定値に基づいてデバイスの前記少なくとも一部の発光を調整するステップと、
を有する。
【００１４】
従って、本方法は、例えば、ディスプレイへの周囲の入射光に無関係にデバイスを一定コントラスト比に保つのに用いられてもよい。
【００１５】
本発明の更に他の実施例によれば、本方法は、更に、前記検出状態の際にディスプレイを通じる電流を生成するために、前記ディスプレイを照光することができるように外部発光ユニットを前記デバイスの付近に配置するステップを有する。従って、本方法は、 対話式ディスプレイを生成するために用いられてもよい。
【００１６】
最後に、本方法は、更に、前記検出状態で生成される前記電流を電力貯蔵ユニットに加えて該ユニットに電力を供給するステップを有してもよく、これにより、検出状態が、例えば、光が当たったときに携帯デバイスの電池に電力を供給するように用いられてもよい。
【００１７】
本発明の上記の目的は、更に、
−高分子層又は小分子化合物層等の有機エレクトロルミネッセント層と、
−発光状態を生じるための第1の駆動信号(V1, J1)と、検出状態を生じるための第2の駆動信号(V2, J2)とを前記エレクトロルミネッセント層に交互に加えるための手段(2,3,6)であって、前記第2の駆動信号のパワーは、前記有機エレクトロルミネッセント層に外部光が当たるときに前記有機エレクトロルミネッセント層において生成される電流を正確に検出するため、実質的にゼロ値を有する、手段と、
を有する二重機能発光及び光検出デバイスによって達成される。
【００１８】
これにより、ディスプレイの消費電力を最小化することによって二重機能有機デバイスの高度に経済的な駆動方法が達成されることができる。例えば携帯デバイスにおける本発明の使用は、バッテリ寿命を相当に増加する。
【００１９】
好適には、前記第2の駆動信号は、前記有機エレクトロルミネッセント層に印加される電圧であり、当該電圧は、実質的に0ボルトの値を有する。これにより、リーク電流の無いディスプレイが達成される。
【００２０】
本発明の更に他の実施例によれば、前記第2の駆動信号は、前記有機エレクトロルミネッセント層を通じて供給される電流密度であり、当該電流密度は実質的に0A/m2の値を有する。これは、有機ディスプレイデバイスが電流により駆動されるため、直接的な認識を可能にする。
【００２１】
好適には、本デバイスは、
−前記有機エレクトロルミネッセント層と直列に接続された負荷と、
−前記検出状態の間、前記負荷の両端の電圧又は前記負荷を通じる電流のうちの1つを測定し、これにより、前記有機エレクトロルミネッセント層に特定の入射光パワーが当たるときに生成される信号を表す測定値を提供する手段と、
を更に有する。
【００２２】
適切には、本デバイスは、前記第1の及び第2の状態で交互に駆動されるように構成され、前記状態のそれぞれの継続期間は0〜20ms内であり、これにより、差が人間の目によって知覚されること無く本デバイスをディスプレイデバイスに組み込むことが可能になる。
【００２３】
最後に、好適には前記有機エレクトロルミネッセント層は第1及び第2の電極間に挟まれ、電極2,3の各々は好適には仕事関数を有し、当該仕事関数間の差は1eVよりも大きく、好適には2〜3.5eVの間隔内にある。前記仕事関数間のこのような大きい差があることによって、ディスプレイの検出状態では良い検出を達成すると同時に発光状態では最適な発光を達成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、添付の図面を参照して以下でより詳細に説明される。
【００２５】
従来技術で説明されているように、エレクトロルミネッセント高分子デバイスは、フォトダイオードとして本質的な低い効率を有する。フォトダイオードへの高分子材料の利用は、順方向操作における高分子材料の放射特性との直接競争関係にある。例えばアクセプタを追加することによってフォトダイオード効率を増加することが提案されたが、これは、順方向駆動の下では必然的に発光効率の減少に至る。しかし、本発明は、発光のために最適化される高分子材料においてさえ、光電流は検出するのに十分に大きいという認識に基づいている。本発明は、低消費電力及び最適な信号対雑音比を有するセンサとして高分子LEDデバイスを用いる2つの方法を提案する。更に、このようなセンサの複数の特定の応用例が開示されて、説明される。
【００２６】
二重機能フォトダイオード、即ちここで説明されるような発光及び光検出を行うデバイスが、図1−a及び図1−bに図式的に示される。このようなフォトダイオード5は、例えばエレクトロルミネッセント高分子材料のアクティブな有機エレクトロルミネッセント層1を有し、これは第1及び第2の電極2,3間に挟まれる。第1の電極2はいわゆるホール注入層として機能し、第2の電極3はいわゆる電子注入層として機能する。更に、フォトダイオードは、フォトダイオードを安定させ、潜在的なユーザからアクティブなフォトダイオード部分を隔てる機能を有する前面基板4を有しても有さなくてもよい。
【００２７】
上述のとおり、本発明のフォトダイオードは、二重機能を有しており、2つのモード又は状態で駆動されることができる。
【００２８】
発光状態t1(図1a)においては、第1の電圧V1等の第1の駆動信号が、電源6によって有機エレクトロルミネッセント層1に加えられ、これにより、前記有機エレクトロルミネッセント層1から光が発せられる。上記した第1の及び第2の電極2,3は、異なった仕事関数を有する。これにより、発光状態の間高分子層への最適な電荷注入が達成されることができる。なぜなら、仕事関数は、第1の及び第2の電極2,3の表面からそれぞれ電子を除去するのに必要なエネルギーの尺度だからである。第1の電極2(ホール注入層)は高い仕事関数(Φ1~5.2eV)を有し、この電極は、高い結合エネルギーを有する原子価状態から電子を除去してこれらの状態に正孔を残すように構成される。第2の電極3(電子注入層)は、低い仕事関数(Φ2~2eV)を有し、電子は物質に緩く結合されている。仕事関数差は、最適な注入を得るために、バンドギャップよりも大きく(即ち発光エネルギープラスストークスシフト)構成される。従って、仕事関数差はバンドギャップに依存し、赤色では約2eV、青色では約3.2eVである。この場合は、上記したアノード及びカソードの組合せは、約3.2eVの仕事関数差を有し、これは、全ての色について最適な注入を保証するのに十分である。更に、本発明の1つの実施例において、仕事関数差は、青色材料について最適な注入を保証するために、3.0eVより大きくてもよい。第2の電極は、材料の伝導状態において負に荷電した電子を注入するように構成され、ここで、これら電子も低い結合エネルギーを有する。順方向駆動(第1の電極が正、第2の電極が負)のときには、正孔及び電子は互いに向かう方向に移動して、電子がホールを満たし、結合エネルギーの上昇がフォトンの放出を生じる、即ち光が発生される。デバイスが発光状態で駆動されると、デバイスに電流が流れ始める前に特定の電圧(デバイスの内蔵電圧と呼ばれる)が印加されることが必要とされる。この内蔵電圧Vb-iが到達された後、ディスプレイを通じる電流の大きさは急増する。前記内蔵電圧の値は、第1の及び第2の電極の仕事関数間の差と比例している。
【００２９】
検出状態(図1b)とも呼ばれるフォトダイオード状態t2において、第2の電圧V2等の第2の駆動信号が有機エレクトロルミネッセント層1に印加され、前記電圧が電源6によって又は別個の電源(図示せず)によって印加され、層1への入射光が、有機エレクトロルミネッセント層1における光電流Jphotoの生成を生じさせる。
【００３０】
本発明の第1の実施例によれば、前記第2の駆動信号は電圧V2=0V(短絡構成)である、即ち、有機層1にゼロ電圧が印加される。この状態では、2つの電極は、同一電位を有しており、絶縁有機エレクトロルミネッセント層1(例えば高分子層)によって分離される。しかし、前記層には小さい漏れ経路が常に存在し、駆動力がある場合には、この経路を通じて少量の電荷が流れることが可能にされる。第1の及び第2の電極間の仕事関数の差は、層1の電子に、第1の電極2の高い結合エネルギー及び第2の電極3の低い結合エネルギーを経験させる。従って、電子は、第2の電極から第1の電極に移動し、平衡状態が到達されるまで小さい過渡電流(短時間しか存在しない)が流れる。最初のうちは、両方の電極は中性であるが、前記過渡電流のために、第1の電極は負に荷電し、第2の電極は正に荷電し、有機層1において負の場を生じる。示されたように、ゼロ印加電圧は、リーク電流及び検出状態のために必要な低消費電力に関する利点がある。0Vの印加電圧においては、電極2,3は同一電圧に設定され、従って、外部場が有機層1に印加されないのでリーク電流は0にされる。しかし、上記の過渡電流は、検出状態で外部光がデバイスに当たるときに生成される光電流を駆動するのに用いられる負の内部電界を生じさせる。上記の場合において、内部場の大きさは、以下によって与えられる：
【数１】
2005513734.tif 000003
ここで、Eintは内部場、Vb-iは上記の内蔵電圧、そして、tlayerは有機層1の厚みである。デバイスを照光すると、価数状態にある電子が伝導状態に励起され、負の内部電界が、電子を第2の電極3(カソード)の方へ、正孔を第1の電極2(アノード)の方へ引っ張ることで、電子正孔対を分解する。従って、小さい測定可能な光電流が生成される。更に、内蔵電圧Vb-iが第1の及び第2の電極の2つの仕事関数間の差と比例するため、内部電界は仕事関数差とも比例する。即ち、2つの仕事関数間の差が大きいほど、印加電圧0における内部電界は大きくなる。更に、最適放射状態については大きい仕事関数差も必要とされ、これにより、効果的で電力効率の良い検出状態を持つと共に放射のために最適化されたデバイスが達成される。
【００３１】
今日の電極については、1.4ボルトと3.1ボルトとの間の内蔵電圧Vb-iという高い値を生じるように、仕事関数差は大きくされることができる。更に、高効率発光状態を達成するためには、有機層1の最適な厚みが60及び90nmの間であり、好適には約70nmであることが分かっている。
【００３２】
従来技術デバイスとの比較をするために、引用された米国特許第5,504,323号のデバイスは、Alカソード及びITOアノードを用いており、これは、約0Vの仕事関数差を生じる。このとき発光状態は、最適ではありえない。なぜなら、高電圧が必要であり、更に、上記の通り電子正孔対を破壊するのに十分な場を生じるのに負のバイアスが有機層に印加されることを必要とするためである。また、前記負のバイアスは、検出状態において、一層高い消費電力を生じさせ、更に、光電流の、不安定リーク電流との競争を生じる。
【００３３】
本発明によって生成される光電流は、例えば、前記第1の及び第2の電極2,3間の電源6と直列に接続された測定回路7における電圧降下を測定することによって測定されてもよい。このような測定回路7の例は、増幅器と並列に接続された高オームレジスタを有し、レジスタ及び増幅器の両方は、有機エレクトロルミネッセント層と直列に接続されている。増幅器の出力の電圧は、生成された光電流に並列抵抗を乗じたものに等しい。更に、測定されるべき小さい電流のため、CMOS等の高い入力インピーダンスデバイスが要求される。測定された信号は、続いて、入射光のパワーに基づいて第1の駆動信号の適切な値を決定するための決定デバイス(図示せず)に伝送されてもよい。従って、後述するように、本発明のデバイスは、検出状態の間の入射光のパワーに関する情報に基づいて発光状態におけるディスプレイによって発される光を調整するために用いられてもよい。
【００３４】
本発明の1つの重要な側面は、上記した2つの状態が時間的に分離されるということである。パッシブマトリクスディスプレイにおいて、例えば、各ラインは、限られた期間(一般的に1/(N*周波数)秒。ここで、Nは、ディスプレイのラインの合計の数であり、fはリフレッシュ速度(一般的に100Hz)である)しかアドレスされない。(検出状態の間に)入射光をより短い時間測定することも可能でありうる。これは、潜在的ユーザに気付かれること無しに、通常のディスプレイデバイスに検出状態を組み込むことを可能にする。
【００３５】
本発明の第2の実施例(図1a)においては、第1の発光状態t1で第1の駆動信号(ここでは第1の電流密度J1)が有機エレクトロルミネッセント層1を通じて供給されて、第2の検出モードでは、第2の駆動信号(ここでは第2の検出電流密度J2)がゼロに設定される(即ちJ2=0[A/m2](開路構成))。第2の電流J2は0A／m2で固定される一方で、入射光によって生じる有機エレクトロルミネッセント層1を通じる電流は、既知の態様で測定されてもよい。エレクトロルミネッセント層を通じる電流が固定される第2の実施例については、照光下で電圧が生じ、これに従ってリーク電流が流れる。実際には、照光下で生じる電圧は、リーク電流と光電流との間の直接の競争の結果である。
【００３６】
上記の検出実施例の両方とも、消費電力に関しては非常に経済的である(パワーP ~ V・I ~ 0・I ~ V・0 ~ 0W)。従って、本発明のディスプレイは、例えば、消費電力が非常に重要である移動式アプリケーションにおいて有利に用いられる。
【００３７】
しかし、開路構成が短絡構成よりも遅い応答時間を有することが示されてもよい。応答時間は、対話式アプリケーションの特に重要な特性である。応答時間が重要である理由は、センサ動作をデバイスの多重化された駆動動作に組み込むことが望ましいということである。シミュレーションにより、短絡構成を利用するディスプレイの応答時間が10μsのオーダーであることが証明された。この値は、増幅に関する限り、検出状態を放射状態間に組み込むのに十分に小さい。従って、発光の目に見えるほどの中断の無い即時のフィードバックを有する放射型対話式ディスプレイを達成することが可能である。
【００３８】
しかし、全ての応用例が、このような高速反応を必要とするわけではない。第2の実施例(即ち開路実施例)の対応するシミュレーションは、10msのオーダーの応答時間を与えた。後述するように、以下の応用例には高速反応は要求されない。なぜなら、入射光の合計量の測定のためには高速多重化検出は義務的ではないという事実のため、これら応用例は原理的には異なった方法で解決可能であるためである。
【００３９】
更に、図3に示されるように、短絡構成は、開路構成よりも良い光信号対暗電流比を示す。なぜなら、有機層1に印加される電圧に起因して、開路構成にはリーク電流が常に存在するからである。図3は、短絡構成のデバイスについて、光発生電流密度Jphotoと暗電流密度Jdarkとの間の比を駆動電圧Vapplの関数として示す。この比が信号対雑音比と比例することが示されてもよい。明らかに、約ゼロボルトの駆動電圧において最大が見られる。光電流密度の値がより高い逆電圧に関する場合と同じオーダーであり、追加の暗電流は不安定であると知られているので、ゼロボルトの駆動状態(即ち短絡構成)の下で最高の信号対雑音比が到達される。
【００４０】
図2は、入射光の関数として、上記ゼロ電圧駆動(短絡構成)に対する電流応答及びゼロ電流駆動(開路構成)に対する電圧応答を示す。図2から、対応する電圧応答Velecとは違い、電流応答Jphotoが線形的に入射光のパワーLincidentに依存することは明白である。これの理由は、開路の実施例については、照光下で到達されることができる最高電圧は、デバイスの内蔵電圧に等しいということである。従って、光信号は、比較的低い照度レベルで早くも飽和してしまう。他方では、光電流は、例えばPCBMドープシステムにおいて駆動する際に0ボルトで見られる値よりも何桁か高い値で飽和すると示される。2つの実施例間のこの差は、図2に示されるように、照度への電流の線形従属性に対して、誘導電圧の準線形従属性として現れる。上記の利点から見て、ほとんどの実際的なアプリケーションについて短絡構成が好ましい。
【００４１】
以下で、本発明の検出ディスプレイデバイスの複数の応用例が、より詳細に説明される。強度スケーリングに関する第1の応用例が、最初に説明される。上記のとおり、本発明の方法及び装置を用いて、発光を制御するために測定された光電流を用いるディスプレイを生成することが可能である。これにより、ディスプレイの消費電力を減少させるために用いることができるアクティブなフィードバックデバイスが達成される。従って、ディスプレイにおいて許容可能なコントラスト比を常に達成するために、ディスプレイの瞬間的な照度に基づいてディスプレイから異なった発光を得ることが可能である。以前は、強度スケーリングの無いデバイスについては、製造業者は、全ての状況、即ち、好ましくない状況においてさえも十分なコントラスト比を与えるべきデフォルト値を実現しなければならなかった。本発明によって、コントラスト比を一定値に保つか、又は、コントラスト比を予め定められた境界間でしか変化させず、これによりデバイスの電力消費を削減することが可能になる。
【００４２】
本発明の強度スケーリングを有するデバイスと有さないデバイスとが以下で比較される。この例では、厚さ70nmの有機層(PPV)が用いられた。3つの典型的な照明条件が、比較のために識別される：
i  曇りの日の屋外(10 k lux=3183 Cd/m2)
ii  窓の近くの屋内(1.5 k lux=477 Cd/m2)
iii  ストリップ照明下の窓から遠い屋内(300 lux=95 Cd/m2)
【００４３】
これらの状態、即ち、CRi=1+0.0157×LintPLEDmax、CRii=1+0.105×LintPLEDmax、CRiii=1+0.526×LintPLEDmaxについてのコントラスト比を計算することが可能である。
この例では、CRi=10を選ぶ。これは、LintPLEDmaxi= 573 Cd/m2を与える。高分子LEDディスプレイで典型的な値である多重化速度64において、これは、電流パルスの印加の間、LintpulsePLEDmaxi=64×573=36700 Cd/m2の値を与える。これは、CRii= 60.2及びCRiii=301という結果となるCR比を値10で一定に保つように光出力を調整することは、LintpulsePLEDmaxii=5490 Cd／m2及びLintpulsePLEDmaxiii=1100 Cd／m2を生ずる。
【００４４】
センサ機能のアプリケーションによって生じる消費電力の減少の推定を作るために、動作の最中の出力光と消費電力との間の関係が知られていなければならない。平方メートルあたりの消費電力(Pcons)について、4つの寄与を識別することができる：
(1) 高分子層を通じる電流。
(2) PEDOT及びITOリードに起因する電気抵抗損失。
(3) 「オン」及び「オフ」状態のキャパシタの荷電量。
(4) 電流源における消費電力。
【００４５】
このとき、3つの照明条件についてPcons／m2を計算することが可能であり、これは以下を生じる：
Pcons／m2|i=735 W／m2、Pcons／m2|ii=88 W／m2、Pcons／m2|iii=29.5 W／m2。
【００４６】
ディスプレイの使用の間、等しい時間に3つの異なった状態が発生することはない。西ヨーロッパについては、10:10:80のti:tii:tiii時間分布を仮定することができる。ここで、5.4cm2の64×96マトリクスディスプレイについて、強度スケーリングを有するディスプレイと有さないディスプレイとの間で電力消費の差を比較することができる。ディスプレイは、調整無しではPcons=397 mWを消費する一方で、調整を有する場合にはPcons=57mWを消費する。この例では、ディスプレイの消費電力を7分の1に減少させることが可能である。これは、ローディングセッション間の電池の操作時間の相当な増加に至る。これらの値は、やや極端な状況について計算されるが、これは、確かに大規模な改善が可能であることを示す。
【００４７】
連続的なフィードバックシステムよりも、限られた数の照明レベルを用いることが好ましい。異なった標準的な状況が、選択される間隔の中心に対応することを確保することによって、レベル間の急速なシフトが防止される。
【００４８】
本発明による検出ディスプレイの追加の可能性は、位置に依存する発光強度を導入することである。周囲の光がスクリーンの異なった位置で異なった強度を有すると、ディスプレイの異なった位置で一定CRを維持するように発光もスクリーン上で変化しうる。これは、ユーザに、ユーザのディスプレイの認識をいかに改善するかに関する何らかの情報を、例えばユーザが入射光強度を減少させるのに向きを変えるべきであることを示す小さな矢印によって、提供することすらできる。
【００４９】
以下で、例えば移動電話ユニットへのプロバイダ名の表示に例えば関連する第2の応用例が説明される。
【００５０】
パッシブLCDディスプレイの低消費電力は、ディスプレイが使用中でないときでさえもプロバイダの名前をディスプレイに表示させるというプロバイダの要求の遂行を容易にした。有機LED及びアクティブマトリクスLCDのような、明確により高い電力消費を有する技術については、この要求は、重大な課題を提起する。プロバイダの名前の長期間の表示は、電池の急速な消耗につながる。従って、電気通信プロバイダを満足させるのには代替物が必要である。このような代替物の1つは、2つの別個の技術、即ち、実際のディスプレイのために1つの技術を、プロバイダ表示のためにパッシブ反射型LCDを、用いることである。しかし、表示領域の一部が失われるという事実以外にも、1つのディスプレイに2つの別個のディスプレイ技術を有することは望ましくない。他の代替例は、デバイス周辺で実際の動作があるときにのみプロバイダの名前を表示することである。このためには、動き検出器の実現が要求される。
【００５１】
ディスプレイの直接の環境の変化を検出するために、高分子LEDディスプレイの検出機能が用いられてもよい。これは、例えば、プロバイダ名の表示のためのスイッチとして用いられてもよいが、他の多くの応用のためにも用いられることができる。プロバイダ名の表示は、時間による周囲の光の挙動に依存して、「オン」又は「オフ」にされることができる。変化が検出されたら、プロバイダ名の表示が稼動されてもよく、代替的に、状況が特定の時間一定であったら、プロバイダ名の表示は再びオフにされてもよい。おおよそ同じ方法で、この動き検出器は、ディスプレイが用いられていないときにディスプレイを動作停止させるのに用いられてもよい。これは、変化が検出されないときには自動的に休止状態へ切り替わってもよく、最終的には自身をオフにすることができる。
【００５２】
ここで、本発明の第3のアプリケーション例が説明される。ここでは、本発明に基づいたデバイスと通信するのに用いられることができる外部のアクティブな照明デバイスが構成される。照明デバイスは、例えば、特定の波長で光を発するライトペンであってもよい(これも有機発光デバイスであってよい)。ディスプレイを指すのにこのような照明デバイスが用いられるとき、指している位置は、検出ディスプレイによって認識されることができ、従って、対話式ディスプレイデバイスとして作動する代替のマウスデバイスとして用いられてもよい。例えば、ライトペンはディスプレイ上のアイコンを「クリック」するのに用いられてもよく、これによりディスプレイ上で何らかの動作を引き起こしてもよい。高いリーク電流を有する従来技術デバイスにおいては、他の「アイコン」のピクセルが同時に高いリーク電流を有する状況が発生しうる。従って、所望のもの以外の動作が起こる。短絡構成の本発明のディスプレイにおいては、このような干渉はあり得ない。なぜなら、この場合にはリーク電流がないからである。
【００５３】
上記のアクティブな照明デバイスは、更に、データを光学的に転送するのに用いられてもよく、このようにして、移動電話のディスプレイは、データ(例えば店頭価格)をロードするのに用いられることができる。マトリクスディスプレイにおいては、データを並行してロードすることすら可能でありうる。
【００５４】
本発明の第4の応用例は、ディスプレイデバイスを、例えば、ディスプレイに光が入射するときに、携帯電話に電力を供給する電池を充電するのに、用いることである。
【００５５】
要約すると、本発明は、検出状態において低消費電力を有する二重機能有機デバイスを提供する。更に、好適な短絡状態では、有機デバイスのリーク電流はゼロに等しい。従って、それらの典型的な不安定挙動は、デバイスの検出特性と干渉しない。更に、本発明は、例えば、漏れ電流の変化が好ましくない結果につながる対話式デバイス(例えば上記のように光ペンを用いるもの)における使用に、特に適切である。当業者には本発明の多くの変形例及び修正例が可能であることに注意されたい。例えば、本発明による方法及び装置が、単一セグメントデバイス(照明デバイス)、セグメント化されたデバイス又はマトリクスディスプレイに適用されてもよいことに注意されたい。本発明は、アクティブだけでなくパッシブマトリクス構成においても使用可能である。本願において「ゼロ電圧」及び「ゼロ電流」は、実質的にゼロに等しい値を表すと解釈されることに注意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１ａ】発光状態の二重機能フォトダイオードの概略図である。
【図１ｂ】光検出状態の二重機能フォトダイオードの概略図である。
【図２】入射光の関数として、ゼロ電圧駆動(短絡構成)に対する電流応答及びゼロ電流駆動(開路構成)に対する電圧応答を示す図である。
【図３】ゼロ電圧駆動(短絡構成)における光により発生された電流密度と暗電流密度との間の比を示す図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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