有機ＥＬ素子駆動装置

【課題】有機ＥＬ素子の駆動装置において、長寿命化と消費電力の低減とのバランスを図る。
【解決手段】
有機ＥＬ素子１０の電極間に電源Ｖｉｎの直流電圧を印加して前記有機ＥＬ素子を駆動する駆動手段２と、有機ＥＬ素子の駆動開始時に第１の所定の駆動電流を流して有機ＥＬ素子の順方向電圧ＶＦ１を測定し測定値を一時保存する手段と、第２の所定の駆動電流に切替える手段３と、第２の所定の駆動電流を流した時の順方向電圧ＶＦ２と一時保存した測定値ＶＦ１を比較して変化率を算出し、変化率に応じてＰＷＭ駆動方式又はＤＣ駆動方式かいずれか一方の駆動方式を選択する手段と、選択後の駆動方式で有機ＥＬ素子を駆動することを特徴とする有機ＥＬ駆動装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子を駆動する有機ＥＬ素子駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギー化の一環として電球を蛍光灯型照明やＬＥＤ照明に置き換えるなど消費電力をより小さくできる発光素子が着目され、さらに次世代照明として有機ＥＬパネルも着目されている。
有機ＥＬ素子は、電気的には図６に示すような等価回路で表すことができる。すなわち、有機ＥＬ素子は、寄生容量成分Ｃと、この容量成分に並列に結合するダイオードとによる構成に置き換えることができ、有機ＥＬ素子は容量性の発光素子であると考えられている。この有機ＥＬ素子は、発光駆動電圧が印加されると、先ず、素子の電気容量に相当する電荷が電極に変位電流として流れ込み蓄積される。続いて素子固有の一定の電圧を越えると、電極から発光層を構成する有機層に電流が流れ始め、この電流に比例した明るさで発光すると考えられている。
【０００３】
図７は、このような有機ＥＬ素子の発光静特性を示したものである。有機ＥＬ素子は図７に示すように、駆動電圧が発光閾値電圧以上の発光可能領域においては、駆動電流にほぼ比例した輝度で発光する特性を有している。
有機ＥＬ素子に類似した電流−電圧特性を示すＬＥＤ（発光ダイオード）では、図８に示すように、パルス信号を用いパルス信号をＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御することにより、調光（輝度＝明るさ制御）を効率良く行なっている。同様に、有機ＥＬ素子のパルス駆動・調光方式も、図８に示すＬＥＤのパルス駆動・調光方式と同じ方式を用いられていることが多い。
【０００４】
図９は、有機ＥＬ素子の温度−寿命特性を示したものである。また、図１０は有機ＥＬ素子の長寿命化のための駆動電圧波形を示したものである。
図９に示すように、有機ＥＬ素子の材料は、高温動作時の寿命が非常に短く、発光に伴う発熱だけで寿命が短くなる傾向にある。このため、従来の有機ＥＬ素子駆動装置は、有機ＥＬ素子をパルス駆動するときに、特許文献１又は図１０に示すように、有機ＥＬ素子の逆耐圧未満の逆電圧ＶLを持つパルス信号を有機ＥＬ素子に印加することにより、有機ＥＬ素子の寄生容量に蓄積された（−）電荷を周期毎にリセットする。これにより、蓄積された（−）電荷によるパネルの温度の上昇を防ぎ、ＤＣ駆動方式と比較して有機ＥＬ素子の長寿命化を実現していた（特許文献１又は図１０）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１６９９７４号公報（図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、有機ＥＬは有機材料特有のデバイス特性により、ＰＷＭ駆動するとＤＣ駆動よりも発光のための電力効率が悪くなるという問題が二つある。
一つの問題は、有機ＥＬ素子の容量性によるＰＷＭ駆動時の駆動損失である。図６に示す寄生容量Ｃにより、ＰＷＭ駆動において充放電が行われるために、発光に関わらない電力を消費してしまう点である。ただし、寄生容量Ｃの放電エネルギーを駆動電源へ回生することで消費電力の改善は可能である。
【０００７】
もう一つの問題は、有機ＥＬの輝度を一定条件にして発光に必要な駆動電力を比較すると、電力差を生じることである。
図１１は平均電流密度４ｍＡ／ｃｍ２のＤＣ電流とＰＷＭ駆動時電流波形を示したものである。図１１において、ＤＣ電流密度４ｍＡ／ｃｍ2の順方向電圧は６．５Ｖであり、平均電流密度を４ｍＡ／ｃｍ2としたデューティー５０％のＰＷＭ駆動時の順方向電圧は７．３Ｖとなる。すなわち、ＰＷＭ駆動の場合は、パルス電流の平均電流値をＤＣ駆動時に相当する電流とすることでＤＣ駆動時と同じ輝度を得られるが、パルス電流のピーク値での順方向電圧がＤＣ駆動時の平均電流時の順方向電圧よりも大きいため、発光させるための駆動電力に差が生じる。
図１２は有機ＥＬ素子の周囲温度変化をパラメータとした順方向電流ＩＦ−順方向電圧ＶＦ特性を示したものである。図１２において、特に周囲温度が低温時においては、有機ＥＬ素子の順方向電圧が上昇傾向となり、かつ駆動電流−順方向電圧特性の変化率も大きくなる傾向のため、ＰＷＭ駆動するとＤＣ駆動よりも電力効率が非常に悪い駆動方式になっていた。
【０００８】
本発明は、有機ＥＬ素子の長寿命化と消費電力の低減とのバランスを図ることができる有機ＥＬ素子駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、光透過型基板上において互いに対向するカソード電極とアノード電極との間に配置された有機物質からなる有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス)層を有する有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子に接続された電源と、前記カソード電極及び前記アノード電極間に前記電源の直流電圧を印加して前記有機ＥＬ素子を駆動する駆動手段と、前記有機ＥＬ素子の駆動開始時に前記有機ＥＬ素子の順方向電圧を測定し前記測定値を一時保存する手段と、前記有機ＥＬ素子を流れる駆動電流値を切替える手段と、前記駆動電流値切替え前後の順方向電圧を比較する手段と、前記駆動電流切替え前後の順方向電圧の変化率を算出し、所定の比率以上か比較して、ＰＷＭ駆動方式又はＤＣ駆動方式かいずれか一方の駆動方式を選択する手段を備えることを特徴とする。
また、前記駆動方法の選択手段は、電源投入時に行われることを特徴とする。
また、前記駆動方法の選択手段は、電源投入時及び予め決められた所定の時間を経過するごとに行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係わる有機ＥＬ素子駆動装置によれば、有機ＥＬ素子の長寿命化と消費電力の低減をバランスよく図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る有機ＥＬ素子駆動装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係わる有機ＥＬ素子の駆動方式に関し、ＤＣ駆動及びＰＷＭ駆動時の順方向電流ＩＦと順方向電圧ＶＦを波形と数値で表したものである。
【図３】本発明に係わる有機ＥＬ素子駆動時の周囲温度が変化した場合のＤＣ駆動方式とＰＷＭ駆動方式を選択する判定基準を示す。
【図４】本発明に係る有機ＥＬ素子駆動装置の温度−寿命特性を示す図である。
【図５】本発明の実施例２に係る有機ＥＬ素子駆動装置の概念図である。
【図６】有機ＥＬ素子を電気的に示した等価回路である。
【図７】有機ＥＬ素子の発光静特性を示したものである。
【図８】ＬＥＤ素子を駆動するＬＥＤのパルス駆動・調光を示す図である。
【図９】有機ＥＬ素子の温度−寿命特性を示したものである。
【図１０】有機ＥＬ素子の長寿命化のための駆動電圧波形を示す図である。
【図１１】有機ＥＬ素子をＤＣ駆動及びＰＷＭ駆動した場合の波形と、前記素子の順方向電流ＩＦ−順方向電圧ＶＦ特性を示す図である。
【図１２】有機ＥＬ素子の周囲温度変化をパラメータとした順方向電流ＩＦ−順方向電圧ＶＦ特性を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の有機ＥＬ素子駆動装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１に係る有機ＥＬ素子駆動装置の概念図である。
有機ＥＬ素子駆動装置１は、図１に示すように、有機ＥＬ素子の駆動電流に対する順方向電圧値の変化率を利用することにより、ＰＷＭ駆動かＤＣ駆動かを選択し、有機ＥＬ素子の長寿命化と駆動装置の高効率を図ることを特徴とする。
【００１４】
図１において、直流電源Ｖｉｎは、有機ＥＬ駆動装置１のＥＬ駆動部２に接続され、ＥＬ駆動部２へは調光制御部３からの出力信号が入力される。調光制御部３へは、ＶＦ変化率比較＆駆動方式選択部５からの出力信号が入力される。ＶＦ測定＆一時保存部４は、調光制御部３からの信号ｈが入力され、また、ＥＬ駆動部からの出力信号Ｖｆも入力される。また、ＶＦ測定＆一時保存部４は、保存されたＶＦ測定値をＶＦ変化率比較＆駆動方式選択部５に出力する。なお、ＥＬ駆動部２の出力は、有機ＥＬ素子の電極に接続され、調光制御部３からの信号に基づき、ＥＬ駆動部２は有機ＥＬ素子へ直流電源Ｖｉｎを供給する。すなわち図１において、有機ＥＬ素子は、ＥＬ駆動部２を介して直流電源Ｖｉｎより電源供給されるが、ＥＬ駆動部２は調光制御部３の信号に基づき駆動される。
【００１５】
次にこのように構成された実施例１に関して有機ＥＬ素子の特性を引用して説明する。
前述した図１２では、有機ＥＬの周囲温度を変化させた場合の電圧−電流特性を示した。図１２で示したように有機ＥＬ素子は、低電流駆動時及び周囲温度が低温時に、素子抵抗が高くなる特徴を有し、前記の条件下では順方向電流ＩＦの変化による順方向電圧ＶＦの変化が大きい。
【００１６】
また、図２はＤＣ駆動及びＰＷＭ駆動の駆動電流と順方向電圧ＶＦを波形と数値で表した一例である。図２に示すようにＰＷＭ駆動した場合、パルス電流の平均値ＩＦａｖｅにおける順方向電圧ＶＦ１とパルス電流のピーク値ＩＦｍａｘでの順方向電圧ＶＦ２の変化が大きい為、ＤＣ駆動時よりもＰＷＭ駆動した場合には消費電力が１２％増加してしまう。この消費電力の増加は、前述した周囲温度をパラメータとした順方向電流―順方向電圧特性より、周囲温度が低温時になるほど顕著になる。
【００１７】
次に、有機ＥＬ素子の温度−寿命特性について、前述した図９で示したように駆動方式に関わらず、有機ＥＬ素子の寿命は、周囲温度上昇により指数関数的に短くなる。しかし、ＰＷＭ駆動すればＤＣ駆動と比較して１０〜２０％前後、寿命特性を延ばす改善ができる。
【００１８】
従い、ＤＣ駆動方式は消費電力に長所を持っており、またＰＷＭ駆動方式は寿命特性に長所を持っているが寿命特性は温度パラメータで変化することから、前記２つの方式の長所をより引き出すために、ＤＣ駆動方式とＰＷＭ駆動方式を最適な条件の時に切替えればよい事になる。そこで、ＤＣ駆動方式とＰＷＭ駆動方式を選択する判定基準として、周囲温度による順方向電圧ＶＦ変化率を基にすれば、ＰＷＭ駆動方式の消費電力が増加する比率を検出でき、駆動方式を切替える条件とすることができる。
【００１９】
図３は、有機ＥＬ素子の順方向電流ＩＦと順方向電圧ＶＦ特性から、ＤＣ駆動方式とＰＷＭ駆動方式を選択する判定基準として、周囲温度による順方向電圧ＶＦ変化率を採用したものを表している。ここで、図３では、順方向電圧ＶＦ変化率＝３．５％を判定基準としている。
【００２０】
図４は、有機ＥＬ素子駆動時の周囲温度によりＤＣ駆動方式とＰＷＭ駆動方式を切替えた場合の寿命特性を示したものである。図４に示すように、周囲温度＝３０℃近辺でＤＣ駆動方式とＰＷＭ駆動方式をどちらか選択することで、３０℃を超える周囲温度では寿命特性を優先し、３０℃以下の周囲温度では消費電力を減らし、有機ＥＬ素子駆動装置の効率を上げることができる。ここで、周囲温度３０℃での駆動方式の選択は一例であり、有機ＥＬ素子の固有の特性に合わせて選択するのが望ましい。
【００２１】
実施例１の有機ＥＬ素子駆動装置の動作について図１を用いてより具体的に説明する。
本発明は、有機ＥＬ駆動装置の電源投入時に調光制御部３よりＥＬ駆動部２へＰＷＭ駆動制御信号を送出すると共に、ＶＦ測定＆一時保存部４へＶＦ測定を行うように測定のための出力信号ｈを送出する。前記ＰＷＭ駆動パルス制御信号は、まず、所定の第１の電流となるパルス電流＝ＰＷＭ駆動パルス電流の平均電流値ＩＦａｖｅに相当する電流の駆動信号を調光制御部３からＥＬ駆動部２に出力し、前記第１の電流を有機ＥＬ素子に流し、この条件の有機ＥＬ素子の順方向電圧ＶＦ１をＶＦ測定＆一時保存部４にて測定し、前記測定値を一時保存する。
【００２２】
次に、所定の第２の電流となるパルス電流＝ＰＷＭ駆動パルス電流のピーク電流値ＩＦｍａｘに相当する電流の駆動信号を調光制御部３からＥＬ駆動部２に出力し、前記第２の電流を有機ＥＬ素子に流し、この条件の有機ＥＬ素子の順方向電圧ＶＦ２をＶＦ測定＆一時保存部４にて測定し、ＶＦ変化率比較＆駆動方式選択部へ測定値を出力する。また、同時に前記一時保存された測定値ＶＦ１もＶＦ変化率比較＆駆動方式選択部５へ出力する。
【００２３】
ＶＦ変化率比較＆駆動方式選択部５は前記測定値ＶＦ１及びＶＦ２の変化率を下式にて計算する。
ＶＦ変化率（％）＝（（ＶＦ２／ＶＦ１）Ｘ１００）−１００・・・・・（１）
すなわち、平均値電流ＩＦａｖｅからパルス電流のピーク値ＩＦｍａｘでのＶＦ変化率（＝ＩＦ−ＶＦ特性の傾き）を判定する。ＶＦ変化率比較＆駆動方式選択部５は、例えばＶＦ変化率が３．５％以下ならばＰＷＭ駆動を継続、３．５％を超えたらＤＣ駆動に切り替える選択信号を調光制御部３へ出力する。ここで、周囲温度により駆動方式を選択する基準をＶＦ変化率３．５％としたが、ＶＦ変化率の数値は、有機ＥＬ素子固有の特性に応じて任意に設定するものであり、３．５％に限定するものではない。
【００２４】
これにより、有機ＥＬ素子駆動装置１の起動時に最適な駆動方式を選択する事ができ、有機ＥＬ素子駆動装置の効率を改善する事ができる。
以上、説明したように、本発明によれば、有機ＥＬ素子の長寿命化と消費電力の低減をバランスよく図ることができる。
【実施例２】
【００２５】
図５は、本発明の実施例２に係る有機ＥＬ素子駆動装置の概念図である。
図５は、実施例１の図１の有機ＥＬ素子駆動装置１にタイマー部６を加えたものである。
ここでタイマー部６の出力は、有機ＥＬ素子駆動装置１ａの調光制御部３ａに接続される。
但し、図５において図１と実質的に同一の部分には同一の参照符号を付してその説明を省略する。
本実施例のタイマー部６は、電源投入後、予め決められた所定の時間を経過するごとに調光制御部３ａに有機ＥＬ素子駆動装置１ａの駆動方式の選択を行う信号ｄｓを出力する。
これにより、有機ＥＬ素子駆動装置１ａは起動時ならびに所定の時間を経過するごとに最適な駆動方法を選択することができるので、有機ＥＬ素子１０を長時間駆動している場合でも、周囲温度の変化に対して有機ＥＬ素子駆動方法を最適に対応させることが可能になる。
以上、説明したように、本発明によれば、有機ＥＬ素子の長寿命化と消費電力の低減をよりバランスよく図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の有機ＥＬ素子駆動装置は、有機ＥＬ素子を使用した照明ユニットなどに使用される。
【符号の説明】
【００２７】
１、１ａ・・・有機ＥＬ素子駆動装置
２・・・ＥＬ駆動部
３、３ａ・・・調光制御部
４・・・ＶＦ測定＆一時保存部
５・・・ＶＦ変化率比較＆駆動方式選択部
６・・・タイマー部
１０・・・有機ＥＬ素子
Ｃ・・・有機ＥＬ素子の等価回路における寄生容量成分Ｃ
Ｄ・・・有機ＥＬ素子の等価回路におけるダイオード

【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過型基板上において互いに対向するカソード電極とアノード電極との間に配置された有機物質からなる有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス)層を有する有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子に接続された電源と、前記カソード電極及び前記アノード電極間に前記電源の直流電圧を印加して前記有機ＥＬ素子を駆動する駆動手段と、前記有機ＥＬ素子の駆動開始時に第１の所定の駆動電流を流して前記有機ＥＬ素子の順方向電圧を測定し、前記測定値を一時保存する手段と、前記有機ＥＬ素子を流れる駆動電流を第２の所定の駆動電流に切替える手段と、前記第２の所定の駆動電流の順方向電圧と前記一時保存した測定値を比較して変化率を算出し、前記変化率が所定の比率以上かを比較して、ＰＷＭ駆動方式又はＤＣ駆動方式かいずれか一方の駆動方式を選択する手段と、選択後の駆動方式で前記有機ＥＬ素子を駆動することを備える、ことを特徴とする有機ＥＬ駆動装置。
【請求項２】
前記駆動方法の選択手段は、電源投入時に行われることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ駆動装置。
【請求項３】
前記駆動方法の選択手段は、電源投入時及び予め決められた所定の時間を経過するごとに行われることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ駆動装置。

【図１】