説明

抵抗性の相互接続層を有するセグメント化されたエレクトロルミネセンス素子

セグメント化されたエレクトロルミネセンス素子(100)は抵抗性の相互接続層(102)を有し、各セグメント(104,104’、104”)は、第1の電極層(106)と第2の電極層(108)との間に配置されるエレクトロルミネセンス層(110)を有する。セグメントは、第2の電極層よりも大きいスクエア抵抗を有する抵抗性相互接続層(102)へ接続される。抵抗性相互接続層(102)は、バラスト抵抗をエレクトロルミネセンス素子に加えて、更なる電子バラストが必要とされないようにする。電子バラストが複数の層にわたって分割されるので、電子バラストの熱管理の問題に対する重要性は低下する。絶縁層(122)を加えることで、抵抗性相互接続層(102)の表面は、エレクトロルミネセンス素子(100)のほぼ全ての表面まで大きくなる。電極層(108)絶縁層(122)及び抵抗層(102)のシステムはキャパシタとして働く。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エレクトロルミネセンス素子の分野に関し、より具体的には、有機発光ダイオード(OLED)素子、及びセグメント化されたイルミネーション素子に関する。
【背景技術】
【0002】
エレクトロルミネセンス素子は、電流を流されると光を放射することができるエレクトロルミネセンス材料を有する。エレクトロルミネセンス素子に使用される材料は、光を放射するポリマー又は小さな有機分子であってよい。有機素子は、例えば、有機発光ダイオード(OLED)であってよく、これは、当該技術において知られている。エレクトロルミネセンス素子をアクティブにするために、電極を用いて電流がエレクトロルミネセンス材料に印加される。
【0003】
OLEDのようなエレクトロルミネセンス素子は、電極間に配置されるエレクトロルミネセンス材料を有する。適切な電圧の印加時に、電流はアノードからカソードへとエレクトロルミネセンス材料を通って流れる。エレクトロルミネセンス材料の内部の空孔及び電子の放射再結合によって、光が生成される。
【0004】
一般的な照明のために有機エレクトロルミネセンス材料を用いるエレクトロルミネセンス素子は、2から5ボルトの範囲にある順方向電圧を有する。このように低い電圧は、エレクトロルミネセンス素子を、幹線からの直接駆動には不向きとする。この問題の解決法の1つは、電子回路の必要とされる抵抗を達成するために必要とされる数のOLEDを直列に接続することである。そのような回路に伴う問題は、OLEDのピーク電流が平均電流よりもはるかに高く、幹線電流の高調波は規制制限を超え、OLEDの平均電流及びピーク電流が幹線電圧の変動に伴って大いに変動することである。
【0005】
他の可能な解決法は、OLED素子を幹線から直接に動作させるのに必要とされるバラストとして知られる電気回路である。バラストは、公共電力網のAC電圧を、所定の輝度でOLED光源を駆動するのに適した形に変換する。OLEDを幹線から直接に駆動する案は、従来技術から知られている。これらの解決法は、付加的な回路素子が必要とされるとともに。熱管理のための余分な労力が必要とされるために、依然として実施するには高価すぎる。これは、主として、従来技術により解決法の集中素子性質に起因する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従って、本発明は、改善されたエレクトロルミネセンス素子、特に、改善されたOLED素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、請求項1に記載されるセグメント化されたエレクトロルミネセンス素子を提供する。本発明の実施形態は、従属請求項において与えられる。
【0008】
本発明の実施形態に従って、複数のセグメントを有し、各セグメントは第1の電極層と第2の電極層との間に入れられている第1のエレクトロルミネセンス層を有する、セグメント化されたエレクトロルミネセンス素子が提供される。前記第1の電極層は、前記第1のエレクトロルミネセンス層の第1の面に配置され、前記第2の電極層は、前記第1のエレクトロルミネセンス層の第2の面に配置される。前記第2の面は、前記第1のエレクトロルミネセンス層の前記第1の面と反対にある。前記第1の電極層及び前記第2の電極層は、前記エレクトロルミネセンス層へ電荷を供給するために配置される。すなわち、前記第1の電極層は、当該セグメント化されたエレクトロルミネセンス素子のアノードを構成し、前記第2の電極層は、当該セグメント化されたエレクトロルミネセンス素子のカソードを構成する。前記第1の電極層は、透明な材料から成り、前記第2の電極層は、金属のような不透明な材料から成る。従って、前記第1の電極層は、当該エレクトロルミネセンス素子の透明導電性(TCO)層を構成する。例えば、前記第1の電極層は、インジウムスズ酸化物(ITO)から成ってよい。カソードに相当する前記第2の電極層は、通常は、アルミニウム又は銀のような、反射率が非常に高い良好な導電材料である。2つの隣接するするセグメントの電極は、直接には接続されない。
【0009】
当該セグメント化されたエレクトロルミネセンス素子は、2つの隣接するセグメントを接続する抵抗性の相互接続層を更に有する。該抵抗性相互接続層は、2つの隣接するセグメントのアノードとカソードとを接続するとともに、従来技術とは対照的に、バラスト抵抗を負荷するよう構成される。従って、前記抵抗性相互接続層の抵抗は、アルミニウム又は銀の抵抗よりも高くなければならない。本発明の実施形態に従って、前記抵抗性相互接続層は、合金膜、単一金属膜、半金属膜、陶性合金又は半導体膜から成る。該膜は、2つの隣接するセグメントの間で所望のバラスト値を実現するのに十分な抵抗を有さなければならない。
【0010】
薄膜の抵抗は、Rsq=ρ/tと定義されるスクエア抵抗によって表される。ここで、ρは材料の抵抗を表し、tはその厚さを表す。原理上、膜厚を変えることによってどんな値も得ることが可能である。しかし、実際的及び理論的限界が存在し、得られる抵抗は、バルク抵抗を用いて上記の計算式からは外れる。様々な薄膜シート材に係るスクエア抵抗値の典型的な範囲は、50から2000オームの範囲にある。
【0011】
単一金属膜が抵抗シート材として使用されてよい。Fuchs−Sondheimer理論に対して、薄膜の抵抗ρは、実質的に、バルク抵抗ρよりも高い。
【0012】
本発明の実施形態に従って、前記抵抗性相互接続層は、その抵抗性を高めるために構造化される。これは、抵抗性相互接続層にギャップを組み込むことによって達成可能である。側方のギャップサイズを変化させることで、実行抵抗は増大することができる。他の選択肢は、スロットを導入することである。抵抗性相互接続層の成形は、堆積の間に、例えば、適切に設計されたシャドー・マスクを介して、あるいは、ウェット若しくはドライ・エッチング又はレーザー・アブレーションによる層堆積の後、達成され得る。他の可能性は、導電塗装がエレクトロルミネセンス素子上に堆積される印刷技術を用いることである。
【0013】
本発明の実施形態に従って、絶縁層は、接続されている隣接したセグメントに対して遠位にあるセグメント端部上の小さいストリップを除いて第2の電極層の表面を覆うように加えられる。第2の電極層の抵抗が低いという事実により、相互接続層は、有効となるよう、小さいストリップを除いてカソード層から分離されるべきである。側方抵抗は、基本的に、相互接続層の長さL、幅w及び厚さtによって決定される。側方電流フローにより、抵抗層において電圧降下が現れる。この電圧降下は、一次線形である:

dV(x)=V×x/w

ここで、Vは、x=wでの電圧を表す。
【0014】
は、エレクトロルミネセンス素子を通って流れる総電流から導出可能である:

=I×R

なお、R=ρ×w×L/tであり、ρは、前記相互接続層の抵抗を表す。
【0015】
3つの層、すなわち、第2の電極層、絶縁層、抵抗性相互接続層は、抵抗としてのみならず、容量としても働く。これは、第2の電極層及び相互接続層が絶縁層によって分離されるためである。全体の実効キャパシタンスCeffを計算するよう、側方電圧変化が考慮されるべきである。
【0016】
第2の電極層が完全な導電体であるとすると、側方電圧は一定であり、従って、絶縁層にかかる電圧は:Viso(x)=V×x/wになる。
【0017】
実効キャパシタンスCeffは:

E=(1/2)・Ceff・V

を用いて、蓄えられるエネルギEから導出される。
【0018】
このとき、微分キャパシタンスdCをdC=(1/2)×ε×L×(dx/t)を持って観察すると、蓄えられるエネルギdEは:

dE=(1/2)・dC・V(x)
=(1/2)・{(ε・L・dx)/t}・{V/(x/w)}

である。
【0019】
x=0からx=wまでxを積分することで、全体的な蓄積エネルギのための所望の式:

E=(1/6)・w・ε・(L/t)・V

が得られる。
【0020】
そのとき、実効キャパシタンスは:

eff=(1/3)・C

であり、ここで、C=(ε・L・w)/t。
【0021】
そのとき、RCバラスト回路の時定数は、τ=R×Cである。全体のバラスト抵抗は、幹線電源へのエレクトロルミネセンス素子の直接接続のための要件を満たすよう設計される。かかる要件に従って、相互接続層の抵抗及び厚さが選択されるべきである。
【0022】
例えば:
サイズが30×300平方ミリメートル(mm)であるOLEDストリップの電流電圧特性v(i)は、v=k×ln(i/k+1)+i×Rにより表されるとする。ここで、
:OLED素子にかかる電圧、
:OLED素子を流れる電流、
,k:OLED素子に依存する定数、及び
=0.22V、
=0.21μA、
=0.16Ωの標準値。
【0023】
更に、50ヘルツの周波数を有する交流230ボルトの正弦波幹線電圧が与えられる。
【0024】
上記特性を備えたOLED素子が特定の幹線に直接接続されたときに0.1アンペアの平均電流を達成するよう、65個のセグメントが、セグメントごとに3Ωのバラスト抵抗を有して必要とされる。
【0025】
この材料積層を用いるOLED素子は、50ヘルツの周波数を有する交流230ボルトの幹線電圧に接続される場合に、0.1アンペアの平均電流を達成するのに65このセグメントを必要とする。
【0026】
抵抗性相互接続のための必要とされるスクエア抵抗Rsqを計算するよう、相互接続抵抗は、主として、セグメント幅w、セグメント長さL、セグメント厚さt及びセグメント抵抗ρによって決定されるとする。それにより、セグメント及びシート抵抗の以下の関係:

R=(ρ・w)/(L/th)=ρ・(w/L)=0.1・Rsq

が成立する。
【0027】
R=3Ωを観測するならば、相互接続材料の必要とされるスクエア抵抗は、従って、Rsq=30Ωである。
【0028】
抵抗性相互接続層は、絶縁層の表面全体を覆い、該絶縁層によってできた小さいストリップでのみ第2の電極層へ接続される。隣接するセグメントへの接続は、絶縁層を用いない実施形態と同じように行われる。従って、抵抗性相互接続層は、より大きい表面上に広げられ、セグメント化されたエレクトロルミネセンス素子のほぼ全ての領域は、熱管理のために使用可能である。
【0029】
この実施形態では、絶縁層は、第2の電極層を抵抗性相互接続層から分離する。セグメントのこの部分は、キャパシタとして機能する。高いキャパシタンス値を達成するよう、高い誘電率を有する材料が絶縁層には好まれる。例えば、窒化ケイ素(6<ε<9)、二酸化ケイ素(ε=3.9)、酸化ケイ素(ε=3.9)、酸化アルミニウム(ε=9)又は高k材料(例えば、酸化ハフニウム(ε=40))がある。
【0030】
本発明の実施形態に従って、キャパシタンス及び抵抗の夫々の値は、複数の複合材料層、すなわち、絶縁層及び抵抗層が積層において互いに交互に現れる層を用いることによって、高められる。この方法によれば、エレクトロルミネセンス素子の回路の時定数を、50から60ヘルツの範囲にある周波数に関してフリッカを低減することができる値へと増大させることが可能である。この実施形態の他の可能な効果は、ピンホールによる拡散がブロックされるので、改善されたデバイス封止である。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明に従う3セグメント・エレクトロルミネセンス素子の上面図である。
【図2】図1のエレクトロルミネセンス素子の断面図である。
【図3】構造化された相互接続層を備える本発明に従うエレクトロルミネセンス素子の上面図である。
【図4】絶縁層を備える本発明に従うエレクトロルミネセンス素子の断面図である。
【図5】全体的なキャパシタンスを低減しつつ全体的な抵抗を増大させるために使用される複数の複合材料層を備える単一セグメントの詳細図である。
【図6】図5に示される素子の等価回路である。
【図7】全体的な抵抗及び全体的なキャパシタンスを増大させるために使用される複数の複合材料層を備える単一セグメントの詳細図である。
【図8】図7に示される素子の等価回路である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、本発明の実施形態について、一例として添付の図面を参照して、より詳細に記載する。
【0033】
明細書において、同じ参照符号は、各セグメント104の同じコンポーネントに使用される。同じ参照符号を付されたコンポーネントは、同じように機能し且つ製造される。
【0034】
図1は、抵抗性相互接続層102を組み込まれた3セグメント・エレクトロルミネセンス素子の上面図を示す。エレクトロルミネセンス素子100は、複数のセグメント104を有する。各セグメントは、2つの電極層106、108、すなわち、アノード及びカソードと、エレクトロルミネセンス層110とを有する。各セグメント104の第1の電極層106は、エレクトロルミネセンス層110の下の面に配置され、第2の電極層は、エレクトロルミネセンス層110の反対側の上の面に配置される。抵抗性相互接続層102は、1つのセグメント104の第2の電極層108を、隣接するセグメント104’の第1の電極106と接続する。エレクトロルミネセンス素子100の2つの端部には、端子112が、エレクトロルミネセンス素子100を電源へ接続するよう配置される。
【0035】
第1の電極層106は、ITOのような透明な導電材料から成る透明導電層である。第2の電極層108は、不透明であり、電流がエレクトロルミネセンス素子100を通って流れる場合にエレクトロルミネセンス層から放射される光を反射するために反射体であってよい。エレクトロルミネセンス層110から放射されて、第2の電極層108から反射された光は、第1の電極層106を通って放射される。
【0036】
1つのセグメント104の第2の電極層108を隣接するセグメント104’の第1の電極層106へ接続するために抵抗性相互接続層102を用いることによって、幹線のような電源へエレクトロルミネセンス素子100を接続するのに必要とされる電気バラストは、複数の抵抗性相互接続層102にわたって分布する。これは、熱管理のための労力を減らす。
【0037】
抵抗性相互接続層102の製造は、同じ技術を用いることによって、エレクトロルミネセンス素子の製造とシームレスに一体化する。
【0038】
図2は、図1のエレクトロルミネセンス素子100の断面図を示す。エレクトロルミネセンス素子100は、複数のセグメント104、104’、104”を有し、複数の部分114、116、118に分けられる。各セグメント104は、発光部114に相当する。2つの隣接するセグメント104、104’の間には、ギャップ部116が配置される。エレクトロルミネセンス素子の2つの端部には、端子部118が、エレクトロルミネセンス素子100を電源へ接続するよう配置される。
【0039】
エレクトロルミネセンス素子100の発光部114は夫々、2つの電極層106、108、すなわち、アノード及びカソードと、エレクトロルミネセンス層110とを有する。各セグメント104の第1の電極層106は、エレクトロルミネセンス層110の下の面に配置され、第2の電極層108は、エレクトロルミネセンス層110の反対側の上の面に配置される。エレクトロルミネセンス層110は、隣接するギャップ部116において配置される抵抗性相互接続層102に対する第1の電極層106の第2の端部115の接続を防ぐために、第1の電極層106の第2の端部115を囲む。抵抗性相互接続層102は、1つのセグメント104の第2の電極層108の第1の端部119を隣接するセグメント104’の第1の電極層106の第1の端部121へ接続する。夫々の第1の端部119、121は、夫々の隣接するセグメント104、104’に対して近位にある。
【0040】
図3は、構造化された相互接続層120を備える、図1と同様の3セグメント・エレクトロルミネセンス素子を表す。かかる構造においては、抵抗を高めるために、複数のギャップ又はスロット117が挿入されている。成形は、堆積の間に達成され得る。
【0041】
図4から明らかなように、絶縁層122が、図2のエレクトロルミネセンス素子100の各セグメント104に加えられる。従って、抵抗性相互接続層102は、第2の電極層108により回路が短絡されることなく、第2の電極層018の第2の端部123を隣接するセグメント104’の第1の電極層106の第1の端部121へ接続するように、より大きい表面にわたって広げられてよい。第2の電極層108の第2の端部123は、隣接するセグメント104’に対して遠位にある。絶縁層122は、抵抗性相互接続層102を第2の電極層108から分離する。このようにして、エレクトロルミネセンス素子100のほぼ全ての領域は、抵抗層102のために及び熱管理のために使用可能である。追加の絶縁層122により、抵抗性相互接続層102と第2の電極層108との間のキャパシタンスが有効となる。
【0042】
図5は、多相相互接続を備えるエレクトロルミネセンス素子100の単一セグメント104の詳細図を示す。絶縁層122及び抵抗層102は、積層において互いに交互に現れる。各抵抗層102は互いに接続され、一方、絶縁層122は抵抗層102によって分離される。
【0043】
図6は、図5の積層セグメント104の等価回路図を示す。明らかなように、抵抗124及びキャパシタ126は、実際上、直列に接続される。従って、抵抗は増大し、キャパシタンスは低下する。
【0044】
図7においては、エレクトロルミネセンス素子100の積層セグメント104の他の実施形態が示される。各絶縁層122は、屈曲して他の絶縁層122’へ接続される。導電層103は、絶縁層122の屈曲した部分を包む。導電層103の枝は、絶縁層122の屈曲部に及ぶ。セグメント104の上部には、2つの導電層103を接続する抵抗性相互接続層102がある。
【0045】
全体的な抵抗に対する導電層103の影響は、セグメントの上部にある抵抗層102の影響と比べて、無視することができるほど小さい。従って、導電層103の抵抗は重要ではなく、抵抗層102の抵抗と同程度又はそれより小さい大きさを有してよい。
【0046】
図8は、図7の等価回路図を示す。抵抗器124は、抵抗性相互接続層102の抵抗に相当する。キャパシタ126は並列に接続される。従って、キャパシタンスは大きくなる。従って、エレクトロルミネセンス素子100の回路の時定数は増大する。この方法によれば、エレクトロルミネセンス素子100の回路の時定数を、幹線電源の周波数である50から60ヘルツの範囲にある周波数に関してフリッカを低減することができる値へと増大させることが可能である。
【0047】
エレクトロルミネセンス素子100の実施形態は、抵抗性相互接続層102が、エレクトロルミネセンス素子100を幹線電源へ直接結合するためのバラスト抵抗として使用される得る点で、特に有利である。
【0048】
本発明の更なる実施形態に従って、抵抗性相互接続層102は、絶縁層122によって第2の電極層108から分離されながら、エレクトロルミネセンス素子のほぼ表面全体にわたって広げられ得る。このようにして、更なる熱管理は必要とされない。このシステムは、キャパシタ126として機能する。キャパシタンス及び抵抗は、適切な方法で複数の層を積み重ねることによって、高められ得る。
【符号の説明】
【0049】
100 エレクトロルミネセンス素子
102 抵抗層
102 導電層
104 セグメント
106 第1の電極層
108 第2の電極層
110 エレクトロルミネセンス層
112 端子
114 発光部
115 第1の電極層の第2の端部
116 ギャップ部
117 ギャップ又はスロット
118 端子部
119 第2の電極層の第1の端部
120 構造化された相互接続層
121 第1の電極層の第1の端部
122 絶縁層
123 第2の電極層の第2の端部
124 抵抗器
126 キャパシタ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のセグメントを有するセグメント化されたエレクトロルミネセンス素子であって、
各セグメントは、エレクトロルミネセンス層の第1の面に配置される第1の電極層と、前記エレクトロルミネセンス層の第2の面に配置される第1のスクエア抵抗を有する第2の電極層とを備えるエレクトロルミネセンス層、及び前記第1のスクエア抵抗よりも大きい第2のスクエア抵抗を有する抵抗層を有し、
前記抵抗層は、前記複数のセグメントの中の第1のセグメントを前記複数のセグメントの中の隣接する第2のセグメントと接続し、
前記抵抗層は、前記第1のセグメントの第2の電極層を前記第2のセグメントの第1の電極層と接続する、エレクトロルミネセンス素子。
【請求項2】
前記第2のスクエア抵抗は、前記第1のスクエア抵抗の少なくとも5倍、望ましくは前記第1のスクエア抵抗の10倍である、
請求項1に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項3】
前記抵抗層は構造化される、
請求項1に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項4】
前記抵抗層は、合金膜、単一金属膜、半金属膜、陶性合金又は半導体膜から成る、
請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項5】
前記抵抗層は、2つの隣接するセグメントの間のギャップに延在する、
請求項1乃至4のうちいずれか一項に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項6】
前記抵抗層は、前記第1のセグメントの第2の電極層の第1の端部を前記第2のセグメントの第1の電極層の第1の端部へ接続し、
前記第1の端部は、隣接するセグメントに対して近位にある、
請求項1乃至5のうちいずれか一項に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項7】
前記抵抗層は、前記第1のセグメントの第2の電極層の第2の端部を前記第2のセグメントの第1の電極層の第1の端部へ接続し、
前記第1の端部は、隣接するセグメントに対して近位にあり、前記第2の端部は、隣接するセグメントに対して遠位にある、
請求項1乃至5のうちいずれか一項に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項8】
前記第2の電極層を前記抵抗層から分離する絶縁層を有する、
請求項1乃至7のうちいずれか一項に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項9】
前記第2の電極層と前記抵抗層との間の接触表面を有し、該接触表面は、前記絶縁層に隣接して配置される、
請求項8に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項10】
前記複数のセグメントの中の少なくとも1つのセグメントは、複数の絶縁層、導電層及び/又は抵抗層を有し、
前記抵抗層又は前記導電層の中の1つは、隣接するセグメントに対してギャップにわたって延在する、
請求項8又は9に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項11】
前記絶縁層、前記導電層及び/又は抵抗層は、積層において互いに交互に現れる、
請求項10に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項12】
前記絶縁層の中の少なくとも2つは、前記抵抗層の中の1つ又は前記導電層の中の1つによって分離される、
請求項10に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項13】
少なくとも1つの抵抗層は、少なくとも1つの抵抗層へ接続される、
請求項12に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項14】
少なくとも1つの絶縁層は、少なくとも1つの絶縁層へ接続される、
請求項10に記載のエレクトロルミネセンス素子。
【請求項15】
少なくとも1つの導電層は、少なくとも1つの導電層へ接続される、
請求項14に記載のエレクトロルミネセンス素子。

【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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【公表番号】特表2012−524963(P2012−524963A)
【公表日】平成24年10月18日(2012.10.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−506621(P2012−506621)
【出願日】平成22年4月19日(2010.4.19)
【国際出願番号】PCT/IB2010/051695
【国際公開番号】WO2010/125493
【国際公開日】平成22年11月4日(2010.11.4)
【出願人】(590000248)コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Fターム(参考)】