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DE10042974A1 - Verfahren zum elektrischen Adressieren von Fluoreszenz-Anzeigeelementen und Anzeigeelement - Google Patents

Verfahren zum elektrischen Adressieren von Fluoreszenz-Anzeigeelementen und Anzeigeelement

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Adressieren von Anzeigeelementen auf der Basis von polymeren und/oder niedermolekularen organischen Materialien, deren Funktionsprinzip auf dem Effekt der Fluoreszenzlöschung durch ein elektrisches Feld beruht, und ein Anzeigeelement. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren und ein Anzeigeelement/Lichtmodulator zu entwickeln, mit denen die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit denen die jeweils positiven Eigenschaften von LCD- und OLED-Anzeigen in einer Anzeige erreicht werden, wird durch ein Verfahren gelöst, wonach in Abhängigkeit von der Stärke des Umgebungslichts eine Betriebsart "OLED-Modus" bei Dunkelheit/schwaches Umgebungslicht in eine Betriebsart "FQPED-Modus" bei sehr hellem Umgebungslicht wie helles Sonnenlicht umgeschaltet wird, indem die Vorwärtsspannung für helle Pixel in Abhängigkeit von der Stärke des Umgebungslichts reduziert und die Rückwärtsspannung der umgebenden dunklen Pixel erhöht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Adressieren von Fluoreszenz-Anzeigeelementen und ein Anzeigeelement bzw. einen Lichtmodulator zur Anwendung in Display-Technologien wie OLED-Anzeigen gemäß den Ansprüchen 1 und 3.
Displaytechnologien wie LCD (Liquid Crystal Display), FED (Field Emission Display) und VFD (Vacuum Fluorescence Display) bilden ebenso wie OLED (organische Leuchtdioden Display) den allgemeinen Stand der Technik und sind bereits angewendet.
Aus der Funktionsweise dieser Technologien ergeben sich einige spezielle Nachteile.
Bei den LCD befindet sich im Ruhezustand eine ausgerichtete Monodomäne eines Flüssigkristalls zwischen Polarisatoren. Die Ausrichtung dieser Domäne kann durch ein angelegtes elektrisches Feld verändert werden. Dadurch wird die Lichtabsorption der Kombination aus Flüssigkristall und Polarisatoren verändert.
LCD-Displays dominieren den Markt für Flachdisplays und Monitore. Sie benötigen wenig Energie, wenn Umgebungslicht vorhanden ist. Wenn dies jedoch nicht der Fall ist, dann benötigen sie eine energiezehrende Zusatzbeleuchtung. Nachteilig ist weiterhin, daß nur ein geringer möglicher Betrachtungswinkel gegeben ist und daß die geringe Schalt­ geschwindigkeit der Flüssigkristalle bei schnellbewegten Bildern zu Verzerrungen führen kann.
Bei den VFD werden aus einer geheizten Gitterkathode im Vakuum Elektronen emittiert. Diese werden durch ein elektrisches Feld beschleunigt und treffen auf einen Phosphor, der Licht emittiert. Die Funktionsweise ähnelt der einer Bildröhre.
Bei den FED emittiert ein Array von Kaltkathoden im Vakuum unter einem starken elektrischen Feld Elektronen, die wiederum auf eine Phosphorschicht treffen und zur Lichtemission führen.
VFD und FED sind als Anzeigeelemente unbefriedigend dick, die Betriebsspannung ist in beiden Fällen relativ hoch, die Leistungsaufnahme ist, insbesondere bei VFD zum Beheizen der Kathode, groß, es fehlt die Option für flexible Displays.
OLED erfordern eine Ladungsträger-Injektion zur Ladungs­ trägerrekombination und Bildung eines angeregten Zustandes. Unter Lichtemission zerfällt der angeregte Zustand (EP 0423 283, US 005 69 350, EP 029 40 61). OLED-Displays besitzen einen großen Betrachtungswinkel und eine sehr kurze Schaltzeit. Gegenüber den LCD-Anzeigen mit Zusatzbeleuch­ tung haben sie im Falle des Betriebs ohne ausreichendes Um­ gebungslicht einen günstigeren Energieverbrauch. Bei star­ kem Umgebungslicht dagegen werden diese Vorteile aufgehoben.
Neben diesen allgemein bekannten emissiven Funktionsweisen wurde des weiteren der Effekt des Fluoreszenzquenchings durch ein elektrisches Feld in einer Dissertation von Martin Deußen, Universität Marburg, 1995, beschrieben. Dieser Effekt erfordert eine ähnliche oder identische Anzeigeelemente-Struktur wie ein OLED-Anzeigeelement.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemässes Verfahren und ein Anzeigeelement/Lichtmodulator zu entwickeln, mit denen die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit denen die jeweils positiven Eigenschaften von LCD- und OLED-Anzeigen in einer Anzeige erreicht werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Anzeigeelement gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in Abhängigkeit von der Stärke des Umgebungslichts eine Betriebsart "OLED-Modus" bei Dunkelheit/schwaches Umgebungslicht in eine Betriebsart "FQPED-Modus" bei sehr hellem Umgebungs­ licht wie helles Sonnenlicht umgeschaltet, indem die Vorwärtsspannung für helle Pixel in Abhängigkeit von der Stärke des Umgebungslichts reduziert und die Rückwärtsspannung der umgebenden dunklen Pixel erhöht wird.
Das Anzeigeelement ist erfindungsgemäß auf der Basis polymerer und/oder niedermolekularer organischer Materialien, deren Funktionsprinzip auf dem Effekt der Fluoreszenzlöschung durch ein elektrisches Feld beruht, gebildet, wobei in Abhängigkeit von der Stärke des Umgebungslichts die Betriebsart "OLED-Modus" bei Dunkelheit/schwaches Umgebungslicht in die Betriebsart "FQPED-Modus" bei sehr hellem Umgebungslicht wie helles Sonnenlicht umschaltbar gestaltet ist.
Mit dem Anzeigeelement nach der Erfindung kann unerwünschte Lichtemission in einem organischen Leuchtdioden-Display (OLED), die durch Fremdlicht hervorgerufen wird, unter­ drückt werden. Dadurch wird eine Kontrasterhöhung, zum Beispiel unter starkem Sonnenlicht, des OLED-Displays erreicht.
Zweckmässige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels eines Anzeigeelementes näher dargestellt. Die zugehörige Zeichnung zeigt:
Fig. 1 die schematische Darstellung des Funktionsprinzips von OLED und
Fig. 2 die schematische Darstellung des Funktionsprinzips von FQPED.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Funktionsprinzipien zeigen die Eigenschaften von OLED und von FQPED (Field Quenching Photoluminescence Emission Device) im Vergleich und die daraus folgenden positiven Eigenschaften für Anzei­ geelemente bei unterschiedlichen Umgebungslichtbedingungen.
Entsprechend der Darstellung nach Fig. 1 besteht ein Anzei­ geelement 4 nach dem OLED-Funktionsprinzip aus einer Span­ nungsquelle 5, einem transparenten Kontakt 6, z. B. aus ITO, einem Metallkontakt 7, z. B. aus Aluminium. Beim OLED-Funk­ tionsprinzip werden in einem Schritt 1 Ladungsträger inji­ ziert, die eine Ladungsträgerrekombination und die Bildung eines angeregten Zustandes in einem Schritt 2 bewirken. Der Zerfall des angeregten Zustandes erfolgt unter Licht­ emission 9 in einem Schritt 3.
Ein Anzeigeelement 8 nach dem FQPED-Funktionsprinzip besteht entsprechend der Darstellung nach Fig. 2 aus den gleichen Elementen 5, 6, 7. Die für eine Emission nötige Lichtenergie kommt hier von einer externen Lichtquelle 10, wie zum Beispiel Tageslicht oder einer anderen passenden Lichtquelle wie einer anorganischen Leuchtdiode. In dem Schritt 1 wird durch das Umgebungslicht 10 der angeregte Zustand gebildet, der in einem Schritt 2 entweder, ohne elektrisches Feld, strahlend zerfällt unter Aussendung von Fotolumineszenzlicht 11 oder, mit elektrischem Feld, zur Dissoziation zu Ladungsträgern führt. Im Schritt 3 werden die Ladungsträger durch die Kontakte 6, 7 entfernt.
Um einen niedrigen Energieverbrauch zu erreichen ist es vorteilhaft, die Ladungsinjektion in Rückwärtsrichtung zu minimieren. Dies kann durch geeignete Wahl der Kontakt­ materialien geschehen, insbesondere des Kathodenmaterials. Materialien mit geringer Elektronen-Austrittsarbeit sind vorteilhaft, z. B. Barium.
Nach der Erfindung werden die Eigenschaften beider Funktionsprinzipien in einem neuen Anzeigeelement so kombiniert, dass ein Optimum erreicht wird. Ausgehend von der ähnlichen oder identischen Anzeigeelemente-Struktur für ein FQPED-Anzeigeelement und einem OLED-Anzeigeelement ist es möglich, die gewünschten positiven Effekte in einem Anzeigeelement zu nutzen, indem je nach Stärke des Umgebungslichtes die Betriebsart umgeschaltet wird.
Bei Dunkelheit bzw. schwachem Umgebungslicht wird der OLED- Modus gewählt. Zur Kontrasterhöhung kann hierbei bereits der FQPED-Effekt für dunkle Pixel verwendet werden. Bei hellem Sonnenlicht wird auf den FQPED-Modus umgeschaltet.
Dies wird in der Praxis dadurch realisiert, dass die Vorwärtsspannung für helle Pixel in Abhängigkeit von der Stärke des Umgebungslichtes reduziert wird. Dadurch sinkt der Anteil des abgestrahlten Lichtes, der durch von außen injizierte Ladungsträgern hervorgerufen wird. Dagegen wird durch einfallendes blaues/ultraviolettes Umgebungslicht zusätzliche Energie eingestrahlt, die zum Teil als Fluoreszenzlicht wieder abgestrahlt wird. Gleichzeitig wird die Rückwärtsspannung der umgebenden dunklen Pixel erhöht, um hier die Emission von Fluoreszenzlicht zu vermindern. Bei sehr starker Einstrahlung kann dann ganz auf den Vorwärtsbetrieb heller Pixel verzichtet werden. Unter dieser Bedingung erfolgt der Betrieb dann nur im FQPED- Modus.
Der Umschaltvorgang kann über eine geeignete Treiber­ schaltung automatisch erfolgen.
Auch ein Betrieb ausschließlich im FQPED-Modus, d. h. unabhängig vom Umgebungslicht, ist möglich. Es werden damit eine geringere Leistungsaufnahme verglichen mit dem OLED- Betrieb unter starkem Umgebungslicht erreicht und, falls benötigt, können als Zusatzlichtquellen hocheffiziente anorganische Leuchtdioden eingesetzt werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein Matrixdisplay durch Aufschleudern einer Schicht des hochleitenden Polymers PEDOT (Poly(Ethylendioxydthiophen)) in einer Dicke von zum Beispiel 30 nm auf ein vorstrukturiertes Glassubstrat mit Indium-Zinnoxid (ITO) als transparenter Elektrode hergestellt. Die Schicht wird getrocknet und nachfolgend wird ein gelb emittierendes Emitter-Polymer auf der Basis der Phenylenvinylene in einer Dicke von zum Beispiel 50 nm aufgeschleudert. Danach werden Kathodenbahnen aus zum Beispiel Barium mit Aluminiumabdeckung aufgedampft. Das so gebildete Display wird dann verkapselt.
Das Display kann mit zum Beispiel einer blauen Leuchtdiode auf der Basis anorganischer Halbleiter beleuchtet werden. Das Polymer leuchtet unter diesen Bedingungen mit gelber Farbe. Durch Anlegen einer Rückwärtsspannung von 16 V können einzelne Pixel auf dem Display durch den beschriebenen FQPED-Effekt deutlich dunkler abgebildet werden.
Die Verringerung der Lichtemission durch das elektrische Feld kann dann zu Displayzwecken genutzt werden.
Bezugszeichenliste
1
Schritt
2
Schritt
3
Schritt
4
Anzeigeelement
5
Spannungsquelle
6
transparenter Kontakt
7
Metallkontakt
8
Anzeigeelement
9
emittiertes Licht
10
Umgebungslicht
11
Fotoluminesenzlicht

Claims (7)

1. Verfahren zum elektrischen Adressieren von Anzeige­ elementen auf der Basis von polymeren und/oder nie­ dermolekularen organischen Materialien, deren Funktionsprinzip auf dem Effekt der Fluoreszenz­ löschung durch ein elektrisches Feld beruht, wobei in Abhängigkeit von der Stärke des Umgebungslichts eine Betriebsart "OLED-Modus" bei Dunkelheit/schwaches Umgebungslicht in eine Betriebsart "FQPED-Modus" bei sehr hellem Umgebungslicht wie helles Sonnenlicht umgeschaltet wird, indem die Vorwärtsspannung für helle Pixel in Abhängigkeit von der Stärke des Umgebungslichts reduziert und die Rückwärtsspannung der umgebenden dunklen Pixel erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Betriebsart automatisch erfolgt.
3. Anzeigeelement auf der Basis polymerer und/oder niedermolekularer organischer Materialien, deren Funktionsprinzip auf dem Effekt der Fluoreszenz­ löschung durch ein elektrisches Feld beruht, wobei in Abhängigkeit von der Stärke des Umgebungslichts die Betriebsart "OLED-Modus" bei Dunkelheit/schwaches Umgebungslicht in die Betriebsart "FQPED-Modus" bei sehr hellem Umgebungslicht wie helles Sonnenlicht umschaltbar gestaltet ist.
4. Anzeigeelement nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Betriebsart über eine geeignet dimensionierte Treiberschaltung umschaltbar ist.
5. Anzeigeelement nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Betrieb ausschließlich im FQPED-Modus vorgesehen ist.
6. Anzeigeelement nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Schicht eines lochleitenden Polymers wie Poly(Ethylendioxydthiophen) in geeigne­ ter Schichtdicke wie 30 nm auf ein vorstrukturiertes Glassubstrat mit einer transparenten Elektrode wie Indium-Zinnoxid aufgebracht ist und darauf ein Emitter-Polymer auf der Basis konjugierter organi­ scher Materialien in einer geeigneten Schichtdicke wie 50 nm aufgebracht ist, auf die Kathodenbahnen aufgedampft sind.
7. Anzeigeelement nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Material der Kathodenbahnen auf schwache Ladungsträgerinjektion unter Rückwärts­ betrieb optimiert ist.
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