説明

有機エレクトロルミネッセンス素子を利用した発光装置

【課題】 有機エレクトロルミネッセンス素子を利用した発光装置において、逆方向電圧の印加を簡易な構成で実現することが可能な技術を提供する。
【解決手段】 本発明で具現化される発光装置は、電源と、有機エレクトロルミネッセンス素子と、コンデンサとを備えている。その発光装置では、点灯時に、前記電源を用いて前記有機エレクトロルミネッセンス素子に順方向電圧を印加すると共に前記コンデンサを充電し、消灯時に、前記電源を用いることなく前記コンデンサを用いて前記有機エレクトロルミネッセンス素子に逆方向電圧を印加する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、適宜、有機EL素子と表記することもある。)を利用した発光装置に関する。詳しくは、簡素な装置構成で有機EL素子を発光させない期間に逆方向電圧を印加する発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
有機EL素子は、有機発光層と、その有機発光層をはさむ一対の陽極と陰極を備えた発光素子である。有機EL素子の発光は、陰極に対して陽極が高電位となるように(すなわち順方向に)、発光しきい値電圧を超える電圧が印加されることによって生じる。そのような電圧が印加されると、陽極から有機発光層へ正孔が注入され、陰極から有機発光層へ電子が注入されて、有機発光層中の発光体が励起されて、有機EL素子は発光する。
【0003】
有機EL素子は、低電力で高輝度の発光が可能であり、応答速度が速く、低電圧の直流電流で動作可能なことから、電子機器のディスプレイ用の光源としての利用が期待されている。
【0004】
有機EL素子を利用した発光装置では、長時間の使用による発光強度の低下が問題となる。この発光強度の低下は、有機発光層の界面において、電荷がトラップ等により蓄積することが原因と考えられている。上記のような電荷の蓄積に伴う有機EL素子の発光強度の低下に対しては、有機EL素子へ陽極が陰極に対して低電位となるように(すなわち逆方向に)電圧を印加することが有効であることが従来から知られている。
【0005】
例えば特許文献1には、有機EL素子を用いた発光装置において、有機EL素子に発光とは逆方向の電圧を印加する手段を有する発光装置が開示されている。
【特許文献1】特開平3−110786号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
液晶ディスプレイを搭載する機器の軽量化や、表示する画像の高精細化に伴い、有機EL素子を利用した発光装置のさらなる軽量化・小型化が望まれている。発光装置を軽量化・小型化するためには、装置の構成をより簡易なものとする必要がある。従って、有機EL素子への逆方向電圧の印加も、可能な限り簡易な構成で実現することが要望される。
【0007】
特許文献1に記載の技術では、発光のための電源と、逆方向電圧の印加のための電源を別個に設けている。そのため、発光装置の構成が複雑になるとともに、発光装置の大型化につながるという問題がある。より簡易な構成で、逆方向電圧の印加を可能とする発光装置を実現することが望ましい。
【0008】
本発明は、上記従来の問題点を解消するためになされたものであり、有機EL素子を利用した発光装置において、有機EL素子への逆方向電圧の印加を簡易な構成で実現可能な技術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】
【0009】
本発明で具現化される発光装置は、電源と、有機EL素子と、コンデンサとを備えている。その発光装置では、点灯時に、前記電源を用いて前記有機EL素子に順方向電圧を印加すると共に前記コンデンサを充電し、消灯時に、前記電源を用いることなく前記コンデンサを用いて前記有機EL素子に逆方向電圧を印加する。
【0010】
本明細書では、有機EL素子の陽極が陰極に対して高電位となるような電圧の印加を「順方向電圧の印加」、陽極が陰極に対して低電位となるような電圧の印加を「逆方向電圧の印加」という。また、「逆方向電圧」を「逆バイアス」ということもある。
【0011】
上記の発光装置では、電源から供給される電流によって、有機EL素子が発光する。その際、コンデンサにも電流が供給され、コンデンサには電荷が蓄積する。
【0012】
その後、発光装置が消灯すると、電源を用いることなく、電荷が蓄積されたコンデンサを利用して、有機EL素子に逆方向電圧が印加される。これによって、有機EL素子の有機発光層の界面に蓄積した電荷は、コンデンサへ移動して、有機EL素子から取り除かれる。蓄積した電荷が取り除かれることによって、有機EL素子の発光強度の低下を抑制することができる。
【0013】
本発明の発光装置では、有機EL素子に逆方向電圧を印加するための別個の電源を用いることなく、有機EL素子に逆方向電圧を印加することができる。このような構成とすることによって、有機EL素子に逆方向電圧を印加する発光装置を、簡易な構成で実現することができる。
【0014】
上記の発光装置において、前記電源は定電流源であることが望ましい。
【0015】
上記の発光装置は、前記コンデンサの2つの端子のうちで前記有機EL素子の陽極に接続する端子を切り替える第1スイッチと、前記コンデンサの2つの端子のうちで前記有機EL素子の陰極に接続する端子を切り替える第2スイッチとをさらに備え、(1)点灯時に、前記第1スイッチは前記有機EL素子の陽極が前記コンデンサの一方の端子と接続する状態に切替わり、前記第2スイッチは前記有機EL素子の陰極が前記コンデンサの他方の端子と接続する状態に切替わり、(2)消灯時に、前記第1スイッチは前記有機EL素子の陽極が前記コンデンサの前記他方の端子に接続する状態に切替わり、前記第2スイッチは前記有機EL素子の陰極が前記コンデンサの前記一方の端子に接続する状態に切替わることが好ましい。
【0016】
上記の発光装置では、発光時に有機EL素子の陽極とコンデンサの一方の端子(以下では説明のため+側端子という)が接続し、有機EL素子の陰極とコンデンサの他方の端子(以下では説明のため−側端子という)が接続して、有機EL素子とコンデンサが並列に接続される。電源から有機EL素子に順方向の電圧が印加されると、コンデンサにも同等の電圧が印加される。
【0017】
その後、消灯時に有機EL素子の陽極とコンデンサの−側端子が接続し、有機EL素子の陰極とコンデンサの+側端子が接続する。これによって、電源を用いることなく、コンデンサに蓄積された電荷によって、有機EL素子には陰極に対して陽極を低電位とする電圧、すなわち逆方向電圧が印加される。
【0018】
上記のように発光装置を構成することによって、2つのスイッチを用いるだけの簡易な構成で、有機EL素子へのコンデンサの並列接続と、コンデンサによる有機EL素子への逆方向電圧の印加を実現することが可能となる。有機EL素子を利用した発光装置の構成を簡素化することができる。
【0019】
上記の発光装置は、パルス駆動によって点灯と消灯を交互に繰り返すことが好ましい。
【0020】
パルス駆動によって点灯と消灯を繰り返す場合、点灯時に蓄積した電荷を、その直後の消灯時に取り除くことができ、発光強度の大幅な低下を抑制することができる。上記の発光装置によれば、長期に渡って使用する場合にも発光強度を維持することができる発光装置を、簡易な構成で実現することができる。
【発明の効果】
【0021】
本発明の発光装置によれば、有機EL素子を利用した発光装置において、有機EL素子への逆方向電圧の印加を簡易な構成で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
以下、本発明を具現化した実施例について図面を参照して説明する。最初に実施例の主要な特徴を列記する。
(形態1) 定電流源と、有機EL素子と、コンデンサと、第1スイッチと、第2スイッチと、第3スイッチとを備え、
前記定電流源の正極端子は前記第3スイッチを介して前記有機EL素子の陽極に接続され、
前記定電流源の負極端子は前記有機EL素子の陰極に接続され、
前記コンデンサの一方の端子は、前記有機EL素子の陽極に前記第1スイッチを介して接続されるとともに、前記有機EL素子の陰極に前記第2スイッチを介して接続され、
前記コンデンサの他方の端子は、前記有機EL素子の陽極に前記第1スイッチを介して接続されるとともに、前記有機EL素子の陰極に前記第2スイッチを介して接続され、
前記第1スイッチは、前記有機EL素子の陽極と前記コンデンサの前記一方の端子を導通する状態と、前記有機EL素子の陽極と前記コンデンサの前記他方の端子を導通する状態の間で切り替え可能であり、
前記第2スイッチは、前記有機EL素子の陰極と前記コンデンサの前記一方の端子を導通する状態と、前記有機EL素子の陰極と前記コンデンサの前記他方の端子を導通する状態の間で切り替え可能であり、
前記第3スイッチは、導通する状態と非導通する状態の間で切り替え可能である
ことを特徴とする発光装置。
【実施例】
【0023】
(第1実施例)
以下、本発明を具現化した実施例について図面を参照しながら説明する。
【0024】
図1に示す本実施例の発光装置12は、定電流源14、有機EL素子16、コンデンサ18を備えている。
【0025】
有機EL素子16は、有機発光層と、その有機発光層を挟んだ一対の陽極26と陰極28を備えている。
【0026】
有機EL素子16は、例えば、基板上に形成された陽極26、有機発光層及び陰極28により構成されている。本実施例の有機EL素子16は、有機発光層からの発光が基板側から取り出されるボトムエミッションタイプに形成されている。
【0027】
基板は有機EL素子16を支持するための板状の部材であり、取り出す光に対して高い透過率を示す透明基板が用いられる。このような基板としては、例えば、可視光領域で高い透過率を示すガラス基板や、透明なアクリル樹脂等を用いることができる。
【0028】
陽極26は導電性の金属酸化物系材料で形成されており、例えば、ITO(インジウム錫酸化物)や、IZO(インジウム亜鉛酸化物)、ZnO(酸化亜鉛)、SnO(酸化錫)等を用いることができる。
【0029】
有機発光層としては、Alq3等の発光材料を用いることで、赤色、緑色、青色、黄色等の単色光を示す構成のものや、それらの組み合わせによる発光色、例えば、白色発光を示す構成のもの等を用いることができる。白色を示す構成としては、発光層を2層や3層に積層させる積層型や、1層の発光層に異なる発光材料を混合させる混合型、1層を面内方向のエリアに分けて異なる発光層を塗り分ける塗り分け型、等が挙げられる。
【0030】
また、電荷(正孔、電子)注入層、電荷輸送層、ブロック層等の機能層を適宜組み合わせることもできる。
【0031】
陰極28には、例えば、アルミニウム、金、銀、銅、クロム等の金属やこれらの合金である少なくとも可視光に対して反射性を有する反射電極を用いることができる。
【0032】
陰極28より外側には、有機発光層を酸素及び水分から保護するための保護部を設けることができる。保護部は、パッシベーション膜や封止缶、又はそれらの組み合わせ等で構成される。
【0033】
陰極26、有機発光層、陽極28及び保護部の形成には、真空蒸着法、スパッタ法等の公知の薄膜形成法を適宜使用することができる。
【0034】
有機EL素子16に順方向電圧が印加されると、有機発光層に正孔と電子が注入されて発光する。長時間の発光により、有機発光層の界面に電荷が蓄積し、発光強度が低下していく。しかし、陽極26を陰極28に対して低電位とする電圧(逆バイアス)を印加することで、有機発光層の界面に蓄積した電荷を取り除くことができる。
【0035】
コンデンサ18は一般的に利用されているコンデンサであればよく、有機EL素子16の消灯時に逆バイアスを印加する上で充分な電荷を蓄積することができるものであればよい。
【0036】
定電流源14は正極端子と負極端子を備え、正極端子から負極端子へ向けて直流の定電流を供給する。定電流源14の正極端子は、スイッチ20を介して、有機EL素子16の陽極26に接続されている。スイッチ20は導通と非導通の状態で切替わる。有機EL素子16の陰極28は、定電流源14の負極端子に接続されている。本実施例の発光装置12は、スイッチ20を導通する状態に切り替えることで点灯し、スイッチ20を非導通の状態に切り替えることで消灯する。
【0037】
有機EL素子16には、スイッチ22、24を介して、コンデンサ18が並列に接続されている。スイッチ22は切り替えスイッチであり、ab間を導通する状態と、ac間を導通する状態との間で切替わる。スイッチ24は切り替えスイッチであり、a’b’間を導通する状態と、a’c’間を導通する状態との間で切替わる。有機EL素子16の陽極26は、スイッチ22のa端子に接続されている。有機EL素子16の陰極28は、スイッチ24のa’端子に接続されている。コンデンサ18の一方の端子eは、スイッチ22のb端子と、スイッチ24のc’端子に接続されている。コンデンサ18の他方の端子fは、スイッチ22のc端子と、スイッチ24のb’端子に接続されている。
【0038】
スイッチ22がab端子間を導通し、スイッチ24がa’b’端子間を導通する状態では、有機EL素子16とコンデンサ18が並列に接続される。また、スイッチ22がac端子間を導通し、スイッチ24がa’c’端子間を導通する状態では、有機EL素子16とコンデンサ18が極性を逆転させた状態で並列に接続される。
【0039】
スイッチ20、22、24は、互いに同期して状態が変化する。本実施例の発光装置12におけるスイッチ20、22、24の状態の経時的な遷移の例を図2に示す。スイッチ20が導通する状態に切替わると、スイッチ22、24はそれぞれab間、a’b’間を導通する状態に切替わる。またスイッチ20が非導通の状態に切替わると、スイッチ22、24はそれぞれac間、a’c’間を導通する状態に切替わる。
【0040】
スイッチ20と、スイッチ22、24を同期させる手法は、どのようなものでもよい。例えば、スイッチ22、24をスイッチ20と機械的に連動して状態が切り替わるように構成してもよいし、スイッチ20、22、24が常に同期して状態が切替わるようにそれぞれのスイッチを操作してもよい。
【0041】
以下では本実施例の発光装置12の動作を説明する。
【0042】
発光装置12を発光させる際には、スイッチ20を導通の状態に切り替える。スイッチ20が導通の状態にされると同時に、スイッチ22、24がそれぞれab間、a’b’間を導通する状態にされて、定電流源14から有機EL素子16とコンデンサ18に電流が供給される。発光装置12による発光を開始した直後は、コンデンサ18に電荷が蓄積されていないため、XY間の電圧は0であり、コンデンサ18への電荷の蓄積に伴ってXY間の電圧は上昇していく。XY間の電圧が発光しきい値電圧に達するまでは、有機EL素子16は発光することなく、ほとんど電流を流さないため、定電流源14から供給される電流は主にコンデンサ18にのみ供給される。XY間の電圧が上昇し、有機EL素子16の発光しきい値電圧を超えると、有機EL素子16にも電流が供給され、発光が開始される。発光が開始されると、有機EL素子16の電圧はほぼ一定に保たれる。従って、コンデンサ18の電圧は有機EL素子16の電圧に維持されるため、コンデンサ18へ電荷が供給されなくなり、定電流源14から供給される電流のほとんどは、有機EL素子16に供給されるようになる。定電流源14から供給される電流の強さに応じた発光強度で、有機EL素子16は発光する。
【0043】
発光装置12による発光を終了する際には、スイッチ20が非導通の状態にされ、それと同期してスイッチ22、24がそれぞれac間、a’c’間を導通する状態に切り替えられる。定電流源14からの電流の供給が停止され、有機EL素子16の発光は終了する。
【0044】
このとき、スイッチ22、24が、それぞれac間、a’c’間を導通する状態に切り替えられたことで、電荷が蓄積したコンデンサ18によって、有機EL素子16に逆バイアスが印加される。これによって、有機EL素子16の有機発光層の界面に蓄積した電荷は、コンデンサ18へ移動し、有機EL素子16から取り除かれる。
【0045】
その後、再び発光装置12を発光させる際には、スイッチ20が導通の状態にされ、定電流源14から電流が再度供給され、有機EL素子16は発光する。スイッチ20に同期して、スイッチ22、24もそれぞれab間、a’b’間を導通する状態に切替わり、コンデンサ18への電荷の蓄積も再度行われる。
【0046】
2回目以降の発光では、コンデンサ18にはすでにある程度の電荷が蓄積されている。有機EL素子16への逆バイアスの印加によっては、コンデンサ18に蓄積された電荷はほとんど減少しない。したがって、発光装置12を再度発光させる場合、コンデンサ18への電荷蓄積に要する時間は短縮されるため、スイッチ20を導通の状態にしてから有機EL素子16が発光するまでの時間は短縮される。
【0047】
本実施例の発光装置12は、スイッチ20が60Hz以上の周波数のパルスでパルス駆動されて、上記した点灯と消灯を繰り返す。一般に、60Hz以上の周波数で点灯と消灯を繰り返せば、人間の目には連続的に点灯しているように見え、照明装置として使用することができる。
【0048】
上記のように、有機EL素子16に並列に接続されたコンデンサ18を利用することで、電源からの電力供給を受けることなく、有機EL素子16に逆バイアスを印加することができる。
【0049】
上記したコンデンサを用いた逆バイアスの印加は、定電流源を用いた駆動の際に特に有効である。
【0050】
有機EL素子は、供給される電流の強さに応じて、発光する光の強さが変化する。従って、発光する光の強さを直接的に制御するために、定電流源を用いて駆動されることがある。
【0051】
しかしながら、有機EL素子への逆バイアスの印加に定電流源を利用しようとすると、逆バイアスに対する有機EL素子のインピーダンスが極めて大きいために、逆バイアスとして過大な電圧が印加され、有機EL素子の耐久性を著しく損ねてしまう。このような事態を防止するためには、発光のための電源とは別に逆バイアスを印加するための定電圧源を別途用意するか、適切な電圧調整手段を設ける必要があるが、発光装置へ定電圧源や電圧調整手段を追加することは、装置構成の複雑化・大型化を招いてしまう。
【0052】
本発明の発光装置12によれば、点灯時に電荷が蓄積されたコンデンサ18を利用して逆バイアスを印加するため、逆バイアスとして印加される電圧は有機EL素子16の発光しきい値電圧と同程度に抑えられ、逆バイアスのための定電圧源や電圧調整手段を必要としない。従って、装置構成の簡素化をはかることができる。
【0053】
(第1実施例の変形例)
本実施例の変形例を図3に示す。
【0054】
図3に示す発光装置32は、発光装置12において定電流源14の代わりに、定電圧源34を用いたものである。
【0055】
以下では発光装置32の動作を説明する。
【0056】
発光装置32を発光させる際には、スイッチ20を導通の状態に切り替える。スイッチ20が導通の状態にされると同時に、スイッチ22、24がそれぞれab間、a’b’間を導通する状態にされて、定電圧源34から有機EL素子16とコンデンサ18に電流が供給される。定電圧源34によって、XY間に発光しきい値電圧を超える電圧が印加されて、有機EL素子16は発光する。それと同時に、コンデンサ18に電荷が蓄積される。
【0057】
発光装置32による発光を終了する際には、スイッチ20が非導通の状態にされ、それと同期してスイッチ22、24が切り替えられる。定電圧源34からの電流の供給が停止され、有機EL素子16の発光は終了する。
【0058】
このとき、スイッチ22、24が、それぞれac間、a’c’間を導通する状態に切り替えられ、電荷が蓄積したコンデンサ18によって、有機EL素子16に逆バイアスが印加される。これによって、有機EL素子16の有機発光層の界面に蓄積した電荷は、コンデンサ18へ移動し、有機EL素子16から取り除かれる。
【0059】
その後、再び発光装置32を発光させる際には、スイッチ20が導通の状態にされ、定電圧源34から電流が再度供給され、有機EL素子16は発光する。スイッチ20に同期して、スイッチ22、24もそれぞれab間、a’b’間を導通する状態に切替わり、コンデンサ18への電荷の蓄積も再度行われる。
【0060】
上記のように、発光装置32においても、有機EL素子16に並列に接続されたコンデンサ18を利用することで、電源からの電力供給を受けることなく、有機EL素子16に逆バイアスを印加することができる。
【0061】
上記した発光装置32では、スイッチ20を導通の状態に切り替えると、コンデンサ18への最初の電荷の蓄積を待つことなく、即座に有機EL素子16を発光させることができる。装置の初動時であっても、即座に発光することが可能であり、応答速度が速い。
【0062】
なお、有機EL素子16はボトムエミッションタイプに形成されているが、有機発光層からの発光が基板とは反対側から取り出されるトップエミッションタイプに形成されていてもよい。この場合、基板としては、ガラス基板等の透明電極でもよく金属基板のように不透明な基板を用いてもよい。ただし、光の取り出し側に形成される電極及び保護部は透明に形成される必要がある。
【0063】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【0064】
【図1】図1は発光装置12の構成を模式的に示す図である。(第1実施例)
【図2】図2はスイッチ20、22、24の状態遷移を示す図である。(第1実施例)
【図3】図3は発光装置32の構成を模式的に示す図である。(第1実施例の変形例)
【符号の説明】
【0065】
12・・・発光装置
14・・・定電流源
16・・・有機EL素子
18・・・コンデンサ
20、22、24・・・スイッチ
26・・・陽極
28・・・陰極
32・・・発光装置
34・・・定電圧源

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電源と、有機エレクトロルミネッセンス素子と、コンデンサとを備え、
点灯時に、前記電源を用いて前記有機エレクトロルミネッセンス素子に順方向電圧を印加すると共に前記コンデンサを充電し、
消灯時に、前記電源を用いることなく前記コンデンサを用いて前記有機エレクトロルミネッセンス素子に逆方向電圧を印加する
ことを特徴とする発光装置。
【請求項2】
前記電源は定電流源である、請求項1の発光装置。
【請求項3】
前記コンデンサの2つの端子のうち、前記有機エレクトロルミネッセンス素子の陽極に接続する端子を切り替える第1スイッチと、
前記コンデンサの2つの端子のうち、前記有機エレクトロルミネッセンス素子の陰極に接続する端子を切り替える第2スイッチと
をさらに備え、
点灯時に、前記第1スイッチは前記有機エレクトロルミネッセンス素子の陽極が前記コンデンサの一方の端子と接続する状態に切替わり、前記第2スイッチは前記有機エレクトロルミネッセンス素子の陰極が前記コンデンサの他方の端子と接続する状態に切替わり、
消灯時に、前記第1スイッチは前記有機エレクトロルミネッセンス素子の陽極が前記コンデンサの前記他方の端子に接続する状態に切替わり、前記第2スイッチは前記有機エレクトロルミネッセンス素子の陰極が前記コンデンサの前記一方の端子に接続する状態に切替わる、
ことを特徴とする、請求項1または2の発光装置。
【請求項4】
パルス駆動によって点灯と消灯を交互に繰り返す、請求項1の発光装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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