(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電圧源を用いた有機ＥＬの駆動回路において、
上記定電圧源で発生した順バイアス電圧と、逆バイアス電圧とを一定周期に基づいて規則的にスイッチングするスイッチ回路と、
有機ＥＬの動作条件を初期設定する動作条件設定回路と、
上記動作条件設定回路の初期設定値を受け、上記スイッチ回路に対し制御信号を送る制御回路と、
上記定電圧源の出力段と負荷側の上記有機ＥＬとの間に設けられる電流検出回路とを有し、上記制御回路は、上記電流検出回路で測定した上記有機ＥＬ側に供給された電流値と上記初期設定された駆動電流値との誤差分を検出し、該誤差分により次の周期の順バイアス用電圧を算出した電圧値を順バイアス定電圧源に設定することを特徴とする有機ＥＬ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイに用いられる発光素子の駆動回路に関し、特に有機ＥＬ（Electro Luminescence）等のような発光が定電流によって制御される電流制御型発光素子の駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディスプレイに用いられる表示素子として、発光層に無機材料を使用した無機ＥＬディスプレイが実用化されている。しかし、駆動電圧が１００〜２００Ｖと高く、またそのための駆動回路の形成が高コストであるために価格が高く、医療機器用など特定のアプリケーションのみに用途が限られていた。
【０００３】
一方、低電圧駆動が可能で上記無機ＥＬにはない、いくつかの特徴を有する有機化合物を発光層に使用したＥＬディスプレイ（有機ＥＬ）の研究、開発が近年さかんに行われているが、有機ＥＬ素子を常に一定の電流値で駆動させることが難しく、わずかな電流変動等の影響で発光効率の低下や素子の破壊を引き起こす要因となっていた。これは、有機ＥＬ素子自体の分子構造に不均一性が生じやすく、このわずかな不均一で電界集中が起こるためであり、そのような不安定な供給電流で駆動させ続けると、有機ＥＬ素子の発光寿命も短くなるという欠点がある。
【０００４】
上記問題に対して、有機ＥＬに印加する駆動波形の与え方により、ＥＬ発光寿命が延ばせることが知られている。これは、定電流による駆動や逆バイアスの印加といった方法である。
【０００５】
上記有機ＥＬ駆動に対する理想的な波形は、一般的に図２に示すようなものが知られている。このような駆動波形を実現するには、正極側への順バイアス、負極側への逆バイアス、そしてゼロバイアスというような波形を周期的に繰り返して印加させることが必要となる。このため、電源側としては、正負両極性を持った定電流源を使用し、これらを周期的にスイッチングするで実現することが最も簡単な方法であるが、有機ＥＬの電気的特性はダイオードと似通った性質を持ち、正負両極性を持った交流で駆動させた場合、負極側にはほとんど電流は流れない。したがって、定電流源で正負両極を駆動させるとなると負極側に大量の電流が流れてしまい、飽和状態となる。このため、駆動方法としては、図１２に示したように正極側への印加となる順バイアスは定電流源１で、一方、負極側への印加となる逆バイアスは定電圧源２で、それぞれ発生させた信号源をスイッチ回路３に入力し、タイミング発生回路４からのスイッチング信号で図２に示した理想波形に近づけるように制御して、有機ＥＬ５を駆動させることとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図１２に示した方法では、順バイアス用の定電流源１と逆バイアス用の定電圧源２をタイミング発生回路４からの信号により、切り換えて駆動させなければならないため、切り換え時における電源側の変動が大きい。特に、定電流源による駆動の場合は、定電圧源を用いた場合より、接続する負荷側の容量によって電源側の電流の変動が大きく、有機ＥＬを駆動する波形にひずみが生じる。一般的に、定電流源の電流フィードバックのゲインが高い場合、図１３（Ａ）のようにオーバーシュート波形が見られ、逆に電流フィードバックのゲインが低い場合は図１３（Ｂ）のように波形がなまって方形波からくずれることとなる。このようなオーバーシュートは、有機ＥＬに過剰な負荷を与えるため発光寿命を短くするための要因となり、波形のなまりは、発光効率の低下を引き起こす要因となる。また、電流オフから電流オンの状態に変化するときに追従しにくいため、順次、基本周期からのずれが発生し、理想の方形波からくずれてしまい、安定した電流を有機ＥＬに供給できなくなる。
【０００７】
そこで本発明は、順バイアス、逆バイアスともに電源変動の少ない定電圧源を使用し、動作条件を設定した制御回路を介して順バイアス、逆バイアスをスイッチングし、使用する有機ＥＬの特性に最適な駆動電流及びタイミング条件を供給すると同時に、有機ＥＬの発光寿命を延ばすための有機ＥＬ駆動回路を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る有機ＥＬ駆動回路は、定電圧源を用いた有機ＥＬの駆動回路において、上記定電圧源で発生した順バイアス電圧と、逆バイアス電圧とを一定周期に基づいて規則的にスイッチングするスイッチ回路と、有機ＥＬの動作条件を初期設定する動作条件設定回路と、上記動作条件設定回路の初期設定値を受け、上記スイッチ回路に対し制御信号を送る制御回路と、上記定電圧源の出力段と負荷側の上記有機ＥＬとの間に設けられる電流検出回路とを有し、上記制御回路は、上記電流検出回路で測定した上記有機ＥＬ側に供給された電流値と上記初期設定された駆動電流値との誤差分を検出し、該誤差分により次の周期の順バイアス用電圧を算出した電圧値を順バイアス定電圧源に設定することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に基づいて本発明に係る有機ＥＬ駆動回路の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係る有機ＥＬ駆動回路の基本構成を示したものである。
【００１１】
本発明に係る有機ＥＬ駆動回路は、図１に示したように、順バイアス定電圧源６、逆バイアス定電圧源７の２系統の電源回路で構成された電源部と、順バイアス、逆バイアスをスイッチングするスイッチ回路８と、有機ＥＬ５に供給する電流値を測定する電流検出回路９と、駆動させる有機ＥＬ５の特性に応じて最適な電流値、電圧値、方形波周期等を設定するための動作条件設定回路１０と、前記電流検出回路９及び動作条件設定回路１０からの信号を受けて順バイアス定電圧源６、逆バイアス定電圧源７、スイッチ回路８を制御するための制御回路１１とから構成される。
【００１２】
順バイアス定電圧源６、逆バイアス定電圧源７からの電圧信号がスイッチ回路８にそれぞれ入力され、電流検出回路９を介して有機ＥＬ５に供給される。このとき、前記有機ＥＬ５側に供給された電流値は電流検出回路９で測定され、制御回路１１に入力され、動作条件設定回路１０で設定された動作条件値と比較し、新たな電圧値及びスイッチング周期設定を行い、順バイアス定電圧源６、逆バイアス定電圧源７、スイッチ回路８に制御信号を送る。このように、１周期ごとに直前の電流値を比較することで常に適正な電流値、波形で有機ＥＬ５を駆動することが可能となる。
【００１３】
図３及び図４は、図１で示した基本構成の各ブロックの内容を詳細ブロック図や回路素子のレベルで示したものであり、マイクロコンピュータ制御方式を採用した第１実施例のものである。以下、図３及び図４に基づいて説明する。
【００１４】
有機ＥＬ５に電源を供給する定電圧源は、ＤＡコンバータ１２、１４とアンプ１３、１５とから構成され、順バイアス用、逆バイアス用の２系統を有する。ＤＡコンバータ１２は、制御回路１１から送られてきた順バイアス設定電圧のディジタル値をアナログの正電圧値に変換し、アンプ１３に供給する。一方、ＤＡコンバータ１４は、制御回路１１から送られてきた逆バイアス設定電圧のディジタル値をアナログの負電圧値に変換し、アンプ１５に供給する。
【００１５】
スイッチ回路８は、制御回路１１からのスイッチング信号に対して、順バイアス、逆バイアス、ゼロバイアスの３状態を、設定された一定の周期のもとに電気的に交互にスイッチングする回路である。構成は、４個のスイッチ（ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４）と、入力側に４端子、出力側に２端子、また、制御信号用の入力端子が設けられている。前記スイッチのうち、ＳＷ２とＳＷ３の入力側はともに接地され、０Ｖの基準電圧とし、ＳＷ１の入力側には、アンプ１３からの順バイアス電圧、ＳＷ４の入力側には、アンプ１５からの逆バイアス電圧が入力される。そして、制御回路１１からの制御信号で、図５に示した状態Ｓ０からＳ３を交互に切り換えて出力する。
【００１６】
電流検出回路９は、実際に有機ＥＬ５に流れている電流値を逐次測定するための回路である。その回路は、主として、電流検出用の抵抗１６とコンパレータ１７とＡＤコンバータ１８とから構成されており、前記電流検出抵抗１６の一端は順バイアス供給側に、他の一端は駆動させる有機ＥＬ５側に接続される。そして、前記電流検出抵抗１６の両端から出力された２本の信号線は、コンパレータ１７に入力され、両信号線の電流値の差が検出された後、ＡＤコンバータ１８を介してディジタル量として制御回路１１内のＲＡＭ１９に記憶される。
【００１７】
動作条件設定回路１０は、有機ＥＬ駆動に必要な動作条件である周波数、電流、電圧等を初期設定する回路である。特に、順バイアス定電圧源６に対しては、有機ＥＬ５の素子が壊れない十分に小さい初期電圧を設定する。そして、その構成は、入出力ポートとメモリ部からなり、入出力ポートを介して、前記初期設定値を入力し、メモリ部に記憶される。そして、その記憶された内容は電源投入と同時に制御回路１１のＲＡＭ１９に読み込まれる。
【００１８】
制御回路１１は、ＣＰＵ２０、ＲＡＭ１９，ＲＯＭ２１，タイマ／カウンタ２２、パラレルＩ／Ｏポート２３とから構成され、電流検出回路９からは検出電流値を、動作条件設定回路１０からは各種の初期設定値を受けて、次の駆動周期までに補正された動作条件を、定電圧源６に対しては電圧値を、また、スイッチ回路８に対しては順バイアス（Ｓ１）、逆バイアス（Ｓ２）、ゼロバイアス（Ｓ３）の３状態を交互に切り換えるスイッチング信号と、前記Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の３状態の繰り返し周期のデータを送る。前記順バイアス（Ｓ１）、逆バイアス（Ｓ２）、ゼロバイアス（Ｓ３）のデューティ比及び１周期のタイミングは、動作条件設定回路１０に初期設定された情報をタイマ／カウンタ２２に設定することにより行う。また、電圧値、電流値、方形波パルスのデューティ比等はＲＯＭ２１にあらかじめ設定しておくこともできる。
【００１９】
次に、全体の制御方法を図６乃至図８に基づいて説明する。まず、初期設定として順バイアス定電圧源に初期電圧をセットし、前記初期電圧と同等で極性が反対の電圧を逆バイアス定電圧源にセットする（Ｐ１）。前記初期電圧は、駆動する有機ＥＬ素子が破壊しないよう十分に小さな値とするが、駆動する有機ＥＬの初期電圧電流特性が分かっている場合はそれに対応する電圧値を与える。一般的には、５〜２０Ｖ程度の電圧値となる。ここまでの状態は図７に示したＳ０に相当する。
【００２０】
次に状態Ｓ０の間に行われた初期設定後、制御回路１１はスイッチ回路８に対して出力を順バイアスとなる状態Ｓ１に切り換える制御信号を送る（Ｐ２）。前記制御回路１１からの制御信号で選択され、スイッチ回路８から出力された信号が立ち上がり所定の電圧値に達して、安定状態になるまでの時間（ｔｓ）を待って（Ｐ３）、電流検出回路９により出力電流値を測定し、電流情報を読み出す（Ｐ４）。この電流情報は、制御回路内に一時記憶される。次に、設定されたｔ１時間のパルス幅分の時間を制御回路１１内のタイマ／カウンタ２２でカウントし（Ｐ５）、ｔ１時間分のカウントが終了した後、今度は、制御回路１１からスイッチ回路８に対して出力を逆バイアスとなる状態Ｓ２に切り換える制御信号を送る（Ｐ６）。ここでまた、設定された逆バイアスパルス幅分の時間ｔ２をタイマ／カウンタ２２によりカウントする（Ｐ７）。ｔ２時間分のカウントが終了した後、今度は、制御回路１１からスイッチ回路８に対して出力を状態３のゼロバイアスに切り換える（Ｐ８）。このゼロバイアス状態Ｓ３の間、（Ｐ４）で測定した電流値と初期設定された駆動電流値との誤差分により、次の周期の順バイアス用電圧値を算出し、電圧変換する（Ｐ９）。前記変換した電圧値を順バイアス定電圧源に設定する（Ｐ１０）。そして、状態Ｓ３のゼロバイアス状態が終了すると（Ｐ１１）、スイッチ回路８のスイッチを順バイアス定電圧源側６に切り換え、状態Ｓ２に戻る。このような、プロセス（Ｐ２）から（Ｐ１１）までの操作を繰り返すことで、一定の連続した駆動波形を発生させる。
【００２１】
次に、本発明に係る有機ＥＬ駆動回路を上記マイクロコンピュータ制御以外の方法で制御する回路例について説明する。
【００２２】
図９は、図３及び図４で説明したマイクロコンピュータ構成による制御方式をアナログ回路で構成した場合の回路例である。本実施例では簡単のため、逆バイアス定電圧源２４を出力電圧値固定とし、主として順バイアス定電圧源２５を制御する。電流検出回路９で測定された順バイアス定電圧源２５側の電流値は、まずホールドアンプ２６により一時保持され、次に、負荷側である有機ＥＬ側の電流値はホールドアンプ２７に一時保持される。そして、両ホールドアンプ２６，２７の誤差分の電流値はフィルタ回路２８を介して必要な電圧値を順バイアス定電圧源２５に設定する。また、タイミング発生回路４には、補正したタイミング情報を送ることで制御させるものである。
【００２３】
図１０は、制御回路部にＣＰＵを使用せず、ランダムロジックのみで構成した場合の回路例である。電流検出回路９で測定された順バイアス定電圧源２５側の電流値はまずＡＤコンバータ１８によりアナログ値からディジタル値に変換し、第１番目のラッチ回路２９で保持され、次の周期により電流が検出されると、前の周期で保持されたラッチ回路２９のデータがラッチ回路３０にシフトされ、新しく検出された電流値がラッチ回路２９に入力される。このとき、ラッチ回路２９のデータとラッチ回路３０のデータの誤差量が、デコード回路３１により解読される。続いてデコード回路３１のデータはＤＡコンバータ３２を介して適正な電圧値として順バイアス定電圧源２５に設定される。同時に、前記ラッチ回路２９及びラッチ回路３０のデータはタイミング発生回路４に送られ、タイミング発生回路においては、適正なタイミングに補正した上で、スイッチ回路８に送られる。このように、逐次現在の電流値と１つ前の電流値を２つのラッチ回路に保持し、比較することで供給電圧値と周期を補正しながら駆動することができる。
【００２４】
上記図９及び図１０で示した回路例は、図３及び図４で示したマイクロコンピュータ制御方式ほど精度は高くないものの回路構成が簡単になるという利点がある。
【００２５】
次に、本発明に係る有機ＥＬ駆動回路を時計の表示パネル駆動に応用した例を図１１に示す。本応用例は、発振回路３３、カウンタ回路３４、デコーダ回路３５、ＥＬ駆動回路３６、そして、有機ＥＬパネル３７とから構成される。まず、発振回路３３により１Ｈｚのクロック信号を発生し、カウンタ回路３４に与える。カウンタ回路３４は、６０進カウンタの「秒カウンタ」と「分カウンタ」、そして、１２進カウンタの「時間カウンタ」とから構成され、「時間カウンタ」と「分カウンタ」の出力はデコーダ回路３５により点灯するＥＬセグメント３８を選択し、本発明に係るＥＬ駆動回路３６に送られる。ＥＬ駆動回路３６からは、点灯指令が出たＥＬセグメント３８に対して所定の駆動波形を送り、発光させる。このように、発振回路３３からのクロック信号に同期して時刻表示パターンに必要なＥＬセグメント３８をさせることで時計を構成するものである。このようなディジタル式の時計用表示パネルは、少ない消費電力で常時ＥＬ発光させることが要求されるため、低電圧駆動が可能で長寿命ＥＬ発光に対応した本発明に係る有機ＥＬ駆動回路は最適な応用例の一つとなる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る有機ＥＬ駆動回路によれば、有機ＥＬ駆動源として与える順バイアス、逆バイアスともに定電圧源を使用して、擬似的にＡＣ特性を持った定電流駆動を行うことで、電流変動が少なく、安定した駆動波形が得られ、有機ＥＬの発光寿命が長くなるといった効果が得られる。
【００２７】
また、同等の機能を定電流源で構成する場合に比べて回路構成が簡単で小型化やＩＣ化しやすいという利点がある。
【００２８】
また、定電圧駆動であるため、調整や制御が比較的容易となり、マイクロコンピュータによるディジタル制御等が可能となる。
【００２９】
また、制御回路を共用し、有機ＥＬ側に供給する出力段の信号線を増設することで、本発明の有機ＥＬ駆動回路は、複数のセグメントからなる有機ＥＬディスプレイのマトリックス駆動を可能とするための拡張が簡単に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る有機ＥＬ駆動回路の基本構成図である。
【図２】本発明に係る有機ＥＬ駆動回路による理想駆動波形である。
【図３】本発明の第１実施例のブロック図である。
【図４】本発明の第１実施例の回路図である。
【図５】本発明の第１実施例のスイッチング状態表である。
【図６】本発明の第１実施例の制御フローである。
【図７】本発明の第１実施例の基本波形である。
【図８】本発明の第１実施例の各状態と選択される電圧値との組み合わせ表である。
【図９】本発明の第２実施例のブロック図である。
【図１０】本発明の第３実施例のブロック図である。
【図１１】本発明の応用例を示したブロック図である。
【図１２】従来技術による有機ＥＬ駆動方式のブロック図である。
【図１３】従来の駆動回路による駆動波形である。
【符号の説明】
５  有機ＥＬ
６  順バイアス定電圧源
７  逆バイアス定電圧源
８  スイッチ回路
９  電流検出回路
１０  動作条件設定回路
１１  制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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