有機ＥＬ装置、電子機器及び有機ＥＬ装置の冷却方法
【課題】 有機ＥＬ素子の冷却効果を向上させた有機ＥＬ装置及び当該有機ＥＬ装置の冷却方法を提供すること。
【解決手段】 ペルチェ素子４の吸熱側電極である上部電極１３が有機ＥＬ素子３に接触しているので、当該有機ＥＬ素子３で発生した熱を上部電極１３が直接的に吸熱することができる。このように、ペルチェ素子４が有機ＥＬ素子３を直接的に冷却することができるため、冷却効果が極めて高くなるのである。また、ペルチェ素子４の発熱側電極である下部電極１１が、基板２に接触しているので、下部電極１１に移動してきた熱が、基板２を介してスムーズに放熱されることになる。これにより、吸熱から放熱までの熱の移動が滞ることなく、効率的な冷却が可能となる。この場合、例えばシリコンや金属等の熱伝導率の高い材料で基板２を構成することで、放熱を一層促進させることもできる。
【解決手段】 ペルチェ素子４の吸熱側電極である上部電極１３が有機ＥＬ素子３に接触しているので、当該有機ＥＬ素子３で発生した熱を上部電極１３が直接的に吸熱することができる。このように、ペルチェ素子４が有機ＥＬ素子３を直接的に冷却することができるため、冷却効果が極めて高くなるのである。また、ペルチェ素子４の発熱側電極である下部電極１１が、基板２に接触しているので、下部電極１１に移動してきた熱が、基板２を介してスムーズに放熱されることになる。これにより、吸熱から放熱までの熱の移動が滞ることなく、効率的な冷却が可能となる。この場合、例えばシリコンや金属等の熱伝導率の高い材料で基板２を構成することで、放熱を一層促進させることもできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるトップエミッション型の有機エレクトロルミネセンス（以下、「有機ＥＬ」という。）装置及び当該有機ＥＬ装置の冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、有機ＥＬ装置は、例えばガラス基板上に有機ＥＬ素子が形成される構成となっている。有機ＥＬ装置がトップエミッション型の場合、有機ＥＬ素子は、金属等の材料からなりガラス基板上に形成される陽極と、この陽極上に形成される有機層と、この有機層の上に形成されＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウムチンオキサイド）等の透明導電材料からなる陰極とで構成される。
【０００３】
有機層は、正孔注入層／輸送層、発光層がこの順に積層されてなる。陽極及び陰極に電圧を印加すると、陽極からは発光層に正孔が注入され、陰極からは発光層に電子が注入され、発光層でこの正孔と電子とが再結合して発光する。トップエミッション型の有機ＥＬ装置では、陰極を通過して光が射出される。
【０００４】
有機ＥＬ装置を駆動すると、正孔又は電子の流れや再結合等により有機ＥＬ素子等が発熱する。この熱は有機ＥＬ素子に悪影響を及ぼし、表示不良や動作不良の原因となる。特に有機ＥＬ素子は熱に弱く劣化しやすいため、ペルチェ素子等の冷却素子を用いて冷却している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】ＷＯ９８／１３７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の記載によれば、ペルチェ素子と有機ＥＬ素子との間がヒートシンクや封止基板により隔てられており、間接的にしか有機ＥＬ素子を冷却できないため、十分な冷却効果が得られない。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、有機ＥＬ素子の冷却効果を向上させた有機ＥＬ装置及び当該有機ＥＬ装置の冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る有機ＥＬ装置は、基板と、前記基板上に設けられたペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の上に設けられ、前記基板とは反対の方向に光を射出する有機ＥＬ素子とを具備し、前記ペルチェ素子の吸熱側に設けられた吸熱側電極が、前記有機ＥＬ素子に接触していることを特徴とする。
【０００７】
本発明では、ペルチェ素子の吸熱側電極が有機ＥＬ素子に接触しているので、有機ＥＬ素子で発生した熱を吸熱側電極が直接的に吸熱することができ、冷却効果が向上する。
ここで、ペルチェ素子について簡単に説明する。ペルチェ素子には、例えば単層型のものやｐｎ型のものがあり、いずれも半導体層（単層型の場合はｐ型又はｎ型半導体層、ｐｎ型の場合はｐ型半導体層及びｎ型半導体層）を電極で挟んだ構造となっている。ペルチェ素子を駆動させたときには、熱が一方の電極から他方の電極へと、当該半導体層を介して移動するようになっている。従って、「一方の電極」側が熱を吸収することになり（吸熱側）、「他方の電極」側が熱を発することになる（発熱側）。吸熱側の電極が吸熱側電極であり、発熱側の電極が発熱側電極である。
【０００８】
本発明に係る有機ＥＬ装置は、いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ装置である。トップエミッション型の有機ＥＬ装置では、有機ＥＬ素子からは、基板とは反対の方向へ光が射出されるようになっている。このため、基板と有機ＥＬ素子との間にペルチェ素子を設けても、当該ペルチェ素子により光が遮られることは無い。よって、本発明によれば、有機ＥＬ素子から射出される光を遮ったり弱めたりすることなく、冷却効率を高めることができる。
【０００９】
有機ＥＬ素子においては、一般的には基板側から正孔注入／輸送層、発光層の順に積層された有機層を陽極と陰極とで挟持した構成となっており、基板側に陽極が設けられる。本発明に係る有機ＥＬ装置としては、この有機層が単一である面発光型のもの（例えば、照明として用いられる）であっても良いし、複数の有機層をマトリクス状に配置したもの（例えば、表示装置として用いられる）であっても良い。特に照明等に用いられる面発光型の有機ＥＬ装置は、発光時の単位面積あたりの発熱量が多く、熱により有機ＥＬ素子が劣化しやすいため、本発明を適用して冷却効率を向上させる意義は大きいといえる。
【００１０】
また、前記ペルチェ素子の発熱側に設けられた発熱側電極が、前記基板に接触していることが好ましい。
上述したように、有機層からの熱は、ペルチェ素子の吸熱側電極により吸収される。吸収された熱は、吸熱側から発熱側へと移動し、発熱側電極より放熱される。本発明では、発熱側電極が基板に接触しているので、発熱側電極に移動してきた熱が、基板を介してスムーズに放熱されることになる。これにより、吸熱から放熱までの熱の移動が滞ることなく、効率的な冷却が可能となる。熱伝導率の高い材料で基板を構成するとなお好ましく、これにより、放熱を一層促進させることができる。
【００１１】
また、前記有機ＥＬ素子が、前記光を射光する発光層を含む有機層を有し、前記吸熱側電極が前記有機層に接触していることが好ましい。
これにより、有機層で発生した熱が、当該有機層と接触する吸熱側電極により直接的に吸熱されるので、効果的な冷却が可能となる。
【００１２】
また、前記有機ＥＬ素子が、前記有機層を挟持する一対の電極を備え、前記吸熱側電極が、前記一対の電極のどちらか一方の電極を兼ねていることが好ましい。
本発明においては、吸熱側電極を有機層に接触させ、当該吸熱側電極をペルチェ素子の吸熱側の電極としてだけではなく、有機層の電極としても利用するものである。このように構成すれば、吸熱側電極と有機層の電極とを一つの電極（吸熱側電極）で共通化することができる。これにより、一つの有機ＥＬ装置に形成される電極が少なくなるため、当該有機ＥＬ装置の構成を簡略化することができ、電極を形成する工程が簡単になる。また、電極を共通化してその数を減らすことにより、電極から発生する熱を減少させることにもなる。電極から発生する熱を減少させることで、熱による有機層の劣化を抑えることができる。
【００１３】
また、複数の有機層がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス型の表示装置等として有機ＥＬ装置を用いる場合であっても、吸熱側電極を各有機層の電極（例えば陽極）として共通して用いることができ、有機ＥＬ装置の構成を簡略化することができる。特にアクティブマトリクス型の表示装置においては、複数の有機層や、スイッチング素子（ＴＦＴ）、配線、電極等を細密に形成しなければならないため、構造が複雑になってしまう。電極（例えば陽極）を吸熱側電極と共通化して構成を簡略化することは、有機ＥＬ装置を形成する工程を簡単にすることに効果的である。
【００１４】
また、複数の前記有機層が格子状に配置され、前記ペルチェ素子が、前記吸熱側電極と前記発熱側電極とで挟持される半導体層を有し、前記半導体層が、前記複数の有機層の配置に対応するように格子状に配置されることが好ましい。
有機層の配置に対応するように半導体層を設けることで、熱に弱い有機層を集中的に冷却することができ、半導体層を無駄なく形成することもできる。
【００１５】
また、例えば表示装置の各画素に有機層が形成される場合、有機ＥＬ装置には各有機層に信号を送出するための配線（例えば、信号線や走査線等）や、スイッチング素子としてのＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が形成される。この配線やＴＦＴが形成される領域では、通常配線及びＴＦＴの周りは絶縁層により絶縁される。
【００１６】
本発明では、有機層の配置に対応するように半導体層を設ける構成としている。言い換えれば、有機層と有機層との間、すなわち有機層が存在しない部分に対応する領域には半導体層を設けない構成になる。この半導体層を設けない領域には、上記の配線やＴＦＴ素子、あるいは、その周りの絶縁層を設けることができ、スペースを有効に活用できるという利点がある。このように、本発明は、表示装置にも適用しやすい構成となっている。
【００１７】
また、前記ペルチェ素子が、単層型ペルチェ素子であることが好ましい。
単層型ペルチェ素子は構成が簡単なため、吸熱側電極、半導体層及び発熱側電極の形成が容易である。このため、有機ＥＬ装置に容易に組み込むことができる。
【００１８】
また、前記ペルチェ素子が、ｐｎ型ペルチェ素子であることが好ましい。
ｐｎ型ペルチェ素子においては、ｐ型及びｎ型の２つの半導体層を介して熱を移動することができる。つまり、有機層からの熱はｐ型半導体層及びｎ型半導体層のそれぞれに分散して移動させることができる。これにより、熱の移動がスムーズになり、冷却効率を一層高めることができる。
【００１９】
本発明の別の観点に係る電子機器は、上記の有機ＥＬ装置を搭載したことを特徴とする。
本発明によれば、冷却効果の優れた有機ＥＬ装置を搭載できるので、有機層からの発熱量が多くても動作不良を起こすことが無く、明るく表示特性の良い電子機器を得ることができる。
【００２０】
本発明の別の観点に係る有機ＥＬ装置の冷却方法は、基板上にペルチェ素子を設け、前記基板とは反対の方向に光を射出する有機ＥＬ素子を前記ペルチェ素子の上に設け、前記有機ＥＬ素子には前記ペルチェ素子の吸熱側に設けられた吸熱側電極を接触させ、前記有機ＥＬ素子から発せられた熱を前記吸熱側電極に吸熱させることで前記有機ＥＬ素子を冷却することを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、ペルチェ素子の吸熱側電極を有機層に接触させているので、有機ＥＬ素子で発生した熱を吸熱側電極が直接的に吸熱できる。これにより、冷却効果を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の図では、各部材を認識可能な大きさとするため、縮尺を適宜変更している。
図１は、有機ＥＬ装置１の全体構成を概略的に示す断面図である。
有機ＥＬ装置１は、基板２と、基板２上に設けられたペルチェ素子４と、ペルチェ素子４上に設けられた有機ＥＬ素子３とを主として構成されている。この有機ＥＬ装置１は、駆動部３９（図２参照）から供給される電気信号に応じて有機ＥＬ素子３が発光することで、画像や動画等を表示できるようになっている。また、基板２上に設けられた絶縁層１０上には、有機ＥＬ素子３を覆うように封止部５が形成されている。
【００２３】
本実施形態では、画素ごとに薄膜トランジスタ（Thin film Transistor：ＴＦＴ）が形成されたアクティブマトリクス型であり、有機ＥＬ素子３により発生した光が基板と反対の方向に射出され封止部５を透過して取り出されるトップエミッション型である有機ＥＬ装置１を例に挙げて説明する。
【００２４】
基板２は、例えばガラスや石英、樹脂（プラスチック、プラスチックフィルム）等の透明材料で形成することができるが、シリコンや金属等、熱伝導性の高い材料を用いて構成してもよい。本実施形態に係る有機ＥＬ装置１はトップエミッション型のものであるため、必ずしも透明材料で形成する必要は無い。
【００２５】
図２は、この基板２を平面的に見たときの図である。
同図に示すように、基板２は、中央部分の表示領域７（一点鎖線の内側の領域）と、表示領域７を取り囲む周縁領域８（当該一点鎖線の外側の領域）とに区画されている。表示領域７は、画素が形成され有機ＥＬ素子３からの光が通過する画素領域７ａと、画素が形成されない画素間領域７ｂとに区画されている。基板２の端部２ａには、駆動部３９（図２参照）が取り付けられている。
【００２６】
基板２の周縁領域８に設けられる走査駆動回路２０は、シフトレジスタ等のメモリや信号レベルを変換するレベルシフタ等の回路を有しており、ゲート配線３５に接続されている。データ駆動回路２１は、このシフトレジスタ、レベルシフタの他、ビデオラインやアナログシフタ等の回路を有しており、ソース配線３７に接続されている。走査駆動回路２０及びデータ駆動回路２１は、駆動制御信号線（図示しない）を介して駆動部３９に接続されており、当該駆動部３９の制御によりゲート配線３５及びソース配線３７に電気信号を出力する。検査回路２２は、有機ＥＬ装置１の作動状況を検査するための回路であり、例えば検査結果を外部に出力する検査情報出力手段（図示せず）等を備え、製造途中や出荷時の表示装置の品質、欠陥の検査を行うことができるように構成されている。また、走査駆動回路２０、データ駆動回路２１及び検査回路２２は、駆動電源線（図示しない）を介して電源に接続されている。
また、周縁領域８には、有機ＥＬ素子３に接続する接続用配線２７が形成されている。この接続用配線２７は駆動部３９に接続されており、当該接続用配線２７を介して駆動部３９からの電気信号を有機ＥＬ素子３に供給することができるようになっている。
【００２７】
図１に戻って、有機ＥＬ素子３は、陰極１３、有機層１４、共通電極（陽極）１６及び有機バンク層１８を有する。これらはペルチェ素子４上に積層されている。有機層１４は、電子注入層１５及び発光層１７を主として構成されている。陰極１３、有機層１４は画素領域７ａに形成されており、有機バンク層１８は画素間領域７ｂに形成されている。
【００２８】
陰極１３は、電子注入層１５に電子を注入する電極であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）等の金属材料から形成され、例えば配線やコンタクトホール等を介してドレイン電極３８に接続されている。
電子注入層１５は、陰極１３から注入された電子を発光層１７に輸送する層であり、例えばポリチオフェン誘導体、ポリピロール誘導体、あるいはそれらのドーピング体等から形成されている。また、陽極１６は、駆動部からの電気信号に応じて発光層１７に正孔を注入する層であり、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明な材料からなる。この陽極１６は、基板２上の接続用配線２７に接続され、当該接続用配線２７を介して駆動部３９に接続されている。
【００２９】
発光層１７は、蛍光あるいは燐光を発光することが可能な公知の発光材料、例えば低分子材料や高分子材料等により形成されている。この発光層１７では、電子注入層１５からの電子と陽極１６からの正孔とが結合して光を発する。発光層１７には、赤色光を発する層（１７Ｒ）、緑色光を発する層（１７Ｇ）、青色光を発する層（１７Ｂ）の３種類がある。各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂからの光が陽極１６及び封止部５を透過することで、基板２の表示領域７に画像や動画等が表示されるようになっている。
【００３０】
有機バンク層１８は、電子注入層１５や発光層１７をインクジェット法等の液滴吐出法で形成する際の隔壁であり、また、隣接する電子注入層１５及び発光層１７の間で電子の移動が起こらないようにする絶縁層である。有機バンク層１８は、例えばアクリルやポリイミド等で形成され、各電子注入層１５及び発光層１７を遮断するように設けられている。
【００３１】
ペルチェ素子４は、基板２上に設けられ、下部電極１１と、半導体層１２と、上部電極１３とを主として構成されている。なお、上部電極１３は、有機ＥＬ素子３における陰極１３と同一の構成要素であり、有機ＥＬ３の陰極１３として、また、ペルチェ素子の上部電極１３として共通して用いられる電極である。以下、陰極及び上部電極については、「上部電極」として統一して表記する。
【００３２】
ここで、図３を参照して、ペルチェ素子の原理について簡単に説明する。
図３は、ペルチェ素子の原理を示す図である。
一般にペルチェ素子には、例えば単層型のもの（図３（ａ）参照）やｐｎ型のもの（図３（ｂ）参照）がある。
【００３３】
図３（ａ）に示すペルチェ素子４０は単層型ペルチェ素子と呼ばれ、ｐ型又はｎ型の半導体層、例えば図３（ａ）ではｎ型の半導体層４０ａを電極４０ｂと電極４０ｃとで挟持した構造となっている。電極４０ｂを陽極とし、電極４０ｃを陰極として、電極４０ｂと電極４０ｃとの間に電圧を印加し、ペルチェ素子４０を駆動すると、熱が電極４０ｂから電極４０ｃ（陽極側から陰極側）へ、当該半導体層４０ａを介して移動するようになっている。
【００３４】
これにより、電極４０ｂ側が熱を吸収することになり（吸熱側）、電極４０ｃ側が熱を発することになる（発熱側）。以下、吸熱側の電極４０ｂを吸熱側電極４０ｂと称し、発熱側の電極４０ｃを発熱側電極４０ｃと称するものとする。なお、電圧を逆に印加したり（電極４０ｂを陰極、電極４０ｃを陽極とする）、半導体層４０ａとしてｐ型の半導体層を用いた場合には、熱の移動が逆方向（陰極側から陽極側）になる。
【００３５】
図３（ｂ）に示すペルチェ素子１４０はｐｎ型ペルチェ素子と呼ばれ、単層型ペルチェ素子４０を直列に接続した構造となっている。具体的には、当該ペルチェ素子１４０は、ｐ型半導体層１４０ａと、ｎ型半導体層１４０ｂと、電極１４０ｃ〜１４０ｅとを有する。電極１４０ｃ及び電極１４０ｄと、電極１４０ｅとが対向して設けられ、例えば図３（ｂ）のように、電極１４０ｅが、電極１４０ｃとの間ではｐ型半導体層１４０ａを挟持し、電極１４０ｄとの間ではｎ型半導体層１４０ｂを挟持する構成となっている。
【００３６】
このペルチェ素子１４０に、ｐ型半導体層１４０ａ側を陰極側、ｎ型半導体層１４０ｂ側を陽極側として電圧を印加すると、電極１４０ｃ及び電極１４０ｄ側が発熱側となり、電極１４０ｅ側が吸熱側となる。以下、ｐｎ型ペルチェ素子の電極１４０ｃ及び１４０ｄを発熱側電極１４０ｃ及び１４０ｄと称し、電極１４０ｅを吸熱側電極１４０ｅと称するものとする。
本実施形態に係る有機ＥＬ装置１に用いられるペルチェ素子４の構成は、図３（ａ）に示す単層型ペルチェ素子４０と同等の構成である。以下、ペルチェ素子４０と対応させながら、ペルチェ素子４の各部を説明する。
【００３７】
図１を参照して、下部電極１１は、図３（ａ）の発熱側電極４０ｃに対応する電極であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）等の金属からなり、基板２の表面２ｂ上に設けられている。半導体層１２は、半導体層４０ａに対応し、例えばビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）等のｎ型半導体からなり、下部電極１１上に設けられている。半導体層１２は、各有機層１４の配置に対応するように画素領域７ａに設けられており、有機層１４が設けられない画素間領域７ｂには半導体層１２は設けられない。上部電極１３は、図３（ａ）の吸熱側電極４０ｂに対応する電極であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）等の金属からなり、下部電極１１との間で半導体層１２を挟持するように形成されている。下部電極１１、半導体層１２及び上部電極１３は、電気的に接続されている。
【００３８】
本実施形態では、下部電極１１は発熱側電極４０ｃ、上部電極１３は吸熱側電極４０ｂにそれぞれ対応する電極であるため、このペルチェ素子４を駆動するときに上部電極１３を陽極、下部電極１１を陰極として電圧が印加されるようになっている。半導体層１２をｐ型半導体で構成したときには、これとは逆に、上部電極１３を陰極、下部電極１１を陽極として電圧が印加されるように構成する。このような電圧の調整は、例えば駆動部３９により行われるようになっている。
【００３９】
下部電極１１、半導体層１２、上部電極１３及び有機層１４の平面的な配置を図４に示す。上部電極１３の上層側（図４における紙面手前側）には有機層１４（一点鎖線で示した部分）が設けられ、上部電極１３の下層側（図４における紙面奥側）には、有機層１４と対応するように半導体層１２（破線で示した部分）が設けられている。
【００４０】
一方、図１に戻って、半導体層１２が設けられない画素間領域７ｂ及び周縁領域８には絶縁層１０が設けられている。この絶縁層１０は例えばＳｉＯ２等からなり、絶縁層１０内には、シリコン膜３２、ゲート絶縁層３３、ゲート配線３５、ソース配線３７、ドレイン電極３８が形成されている。このように、半導体層１２が設けられない領域に絶縁層や配線を設けることで、スペースを有効に活用した構成となっている。
【００４１】
シリコン膜３２は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有する駆動用トランジスタである。シリコン膜３２のうち、ゲート絶縁層３３を挟んでゲート配線３５と重なる領域がチャネル領域３２ａである。チャネル領域３２ａのソース側には、低濃度ソース領域３２ｂ及び高濃度ソース領域３２ｓが形成され、チャネル領域３２ａのドレイン側には、低濃度ドレイン領域３２ｃ及び高濃度ドレイン領域３２ｄが形成されている。このようにシリコン膜３２は、ＬＤＤ（Light Doped Drain）構造を形成する。
【００４２】
ゲート配線３５及びソース配線３７は、それぞれマトリックス状に配設されている。ゲート配線３５は、例えば図２又は図４のＸ方向に延びるように形成され、ソース配線３７は、ゲート配線３５とほぼ直交する方向（図２又は図４のＹ方向）に延びるように形成されている。このソース配線３７は、高濃度ソース領域３２ｓに接続される。また、ドレイン電極３８は、高濃度ドレイン領域３２ｄに接続されている。このドレイン電極３８からは、例えば配線などを介して上部電極１３に接続されている。
【００４３】
図５は、このように構成された有機ＥＬ装置１の配線構造を概念的に示す図である。
この有機ＥＬ装置１によれば、ゲート配線３５が駆動されてスイッチング用ＴＦＴ２００がオン状態になると、そのときのソース配線３７の電位が保持容量２０１に保持され、該保持容量２０１の状態に応じて、駆動用ＴＦＴ３２のオン・オフ状態が決まる。駆動用ＴＦＴ３２のチャネルを介して電源線２０２から上部電極１３に電流が流れると、上部電極１３から電子注入層１５を介して発光層１７に電子が移動し、陽極１６から発光層１７に正孔が移動する。このように、見かけ上電流が陽極１６から上部電極１３に流れるようになっており、発光層１７は、この電流量に応じて発光する。また、ここでは図示を省略するが、上部電極１３からは下部電極１１との間に電圧を加えるための回路が形成されている。なお、スイッチング用ＴＦＴ２００、保持容量２０１、電源線２０２は、図１〜図４では図示を省略している。
【００４４】
次に、図６を参照して、本実施形態に係る有機ＥＬ装置１の動作及び効果について説明する。
図６は、有機ＥＬ装置を駆動したときの様子を示す図である。図６（ａ）は、既成の有機ＥＬ装置５１にペルチェ素子を接触させて駆動したときの様子、図６（ｂ）は、本実施形態に係る有機ＥＬ装置１を駆動させたときの様子をそれぞれ示している。
【００４５】
図６（ａ）を参照して、有機ＥＬ装置５１は、基板５２上に絶縁層５３が形成され、当該絶縁層５３の上に有機ＥＬ素子５４が形成された構成となっている。また、絶縁層５３上には、有機ＥＬ素子５４を覆うように、封止部５５が形成されている。ここでは、有機ＥＬ装置５１が、基板５２とは反対の方向に光を射出するトップエミッション型である場合を例に挙げて説明する。ペルチェ素子５６は、射出された光を遮らないようにするため、光を取り出す封止部５５側ではなく、基板５２側に接触させるように設けられるものとする。
【００４６】
有機ＥＬ装置５１を駆動すると、正孔又は電子の流れ等により有機ＥＬ素子５４が発熱する。ペルチェ素子５６と有機ＥＬ素子５４との間は基板５２により隔てられているため、ペルチェ素子５６は基板５２に伝わった熱を吸熱する。基板５２に伝わらない熱については吸熱することができない。吸熱できない分の熱は有機ＥＬ装置５１の内部にこもってしまい、有機ＥＬ素子５４を劣化させてしまう危険がある。このように、間接的にしか有機ＥＬ素子５４を冷却できないため、十分な冷却効果が得られない。
【００４７】
一方、図６（ｂ）に示すように、本実施形態に係る有機ＥＬ装置１であれば、ペルチェ素子４の吸熱側電極である上部電極１３が有機ＥＬ素子３に接触しているので、当該有機ＥＬ素子３で発生した熱を上部電極１３が直接的に吸熱することができる。このように、ペルチェ素子４が有機ＥＬ素子３を直接的に冷却することができるため、冷却効果が極めて高くなるのである。
【００４８】
また、ペルチェ素子４の発熱側電極である下部電極１１が、基板２に接触しているので、下部電極１１に移動してきた熱が、基板２を介してスムーズに放熱されることになる。これにより、吸熱から放熱までの熱の移動が滞ることなく、効率的な冷却が可能となる。この場合、例えばシリコンや金属等の熱伝導率の高い材料で基板２を構成することで、放熱を一層促進させることもできる。
【００４９】
また、上部電極１３と有機ＥＬ素子３の陰極１３とを共通化しているので、有機ＥＬ装置１に形成される電極数が少なくなる。これにより、当該有機ＥＬ装置１の構成を簡略化すると同時に、電極を形成する工程が簡単になる。また、電極を共通化してその数を減らすことにより、電極から発生する熱を減少させることにもなる。
【００５０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態と同様、以下の図では、各部材を認識可能な大きさとするため、縮尺を適宜変更している。また、第１実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態では、ペルチェ素子１０４の内部構成が第１実施形態と異なっているため、この点を中心に説明する。
【００５１】
図７は、本実施形態に係る有機ＥＬ装置１０１の概略構成を示す断面図である。
有機ＥＬ装置１０１は、基板２と、基板２上に設けられたペルチェ素子１０４と、ペルチェ素子１０４上に設けられた有機ＥＬ素子３とを主として構成されている。なお、基板２上に設けられた絶縁層１０上に、有機ＥＬ素子３を覆うように封止部５が形成されている点については、第１実施形態と同様である。
【００５２】
ペルチェ素子１０４は、基板２上に設けられており、下部電極１１１と、半導体層１１２と、上部電極１１３とを主として構成されている。
本実施形態に係る有機ＥＬ装置１に用いられるペルチェ素子１０４の構成は、図３（ｂ）に示すｐｎ型ペルチェ素子１４０と同等の構成である。以下、ペルチェ素子１０４とペルチェ素子１４０とを対応させながら、ペルチェ素子１０４の各部を説明する。
【００５３】
図７に示すように、下部電極１１１は、下部電極１１１ａ及び下部電極１１１ｂを有する。下部電極１１１ａは、図３（ｂ）の発熱側電極１４０ｃに対応する電極であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）等の金属からなり、基板２の表面２ｂ上に設けられている。下部電極１１１ｂは、図３（ｂ）の発熱側電極１４０ｄに対応する電極である。下部電極１１１ａと下部電極１１１ｂとは絶縁されている。
【００５４】
半導体層１１２は、ｐ型半導体層１１２ａと、ｎ型半導体層１１２ｂとを有し、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）等の半導体で構成されている。ｐ型半導体層１１２ａは、図３（ｂ）のｐ型半導体層１４０ａに対応しており、ｎ型半導体層１１２ｂは、図３（ｂ）のｎ型半導体層１４０ｂに対応している。ｐ型半導体層１１２ａは下部電極１１１ａ上に設けられ、ｎ型半導体層１１２ｂは下部電極１１１ｂ上に設けられている。これら半導体層１１２ａ、１１２ｂは、各有機層１４の配置に対応するように画素領域７ａに設けられている。
【００５５】
上部電極１１３は、図３（ｂ）の吸熱側電極１４０ｃに対応する電極であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）等の金属からなる。下部電極１１１ａとの間で半導体層１１２ａを挟持し、下部電極１１１ｂとの間で半導体層１１２ｂを挟持するように形成されている。
【００５６】
本実施形態では、下部電極１１１ａ及び下部電極１１１ｂが発熱側、上部電極１１３が吸熱側になるようにするため、ペルチェ素子１０４を駆動するときには下部電極１１１ａを陰極、下部電極１１１ｂを陽極として電圧が印加されるようになっている。このような電圧の印加は、例えば駆動部３９により行われるようになっている。
【００５７】
下部電極１１１、半導体層１１２、上部電極１１３及び有機層１４の平面的な配置を図８に示す。上部電極１１３の上側（図８における紙面手前側）には有機層１４（一点鎖線で示した部分）が設けられ、上部電極１１３の下側（図８における紙面奥側）には、有機層１４と対応するように半導体層１１２ａ及び１１２ｂ（破線で示した部分）が設けられている様子がわかる。また、下部電極１１１ａがｐ型半導体層１１２ａに、また、下部電極１１１ｂがｎ型半導体層１１２ｂに、それぞれ対応する位置に配置され、一様の幅で形成されている。
【００５８】
本実施形態によれば、ペルチェ素子１０４においては、ｐ型半導体層１１２ａ及びｎ型半導体層１１２ｂの２つの半導体層１１２を介して熱を移動することができる。つまり、有機層１４からの熱はｐ型半導体層１１３ａ及びｎ型半導体層１１２ｂのそれぞれに分散して移動させることができる。これにより、熱の移動がスムーズになり、冷却効率を一層高めることができる。
【００５９】
（電子機器）
次に、本発明に係る電子機器について、携帯電話を例に挙げて説明する。
図９は、携帯電話３００の全体構成を示す斜視図である。
携帯電話３００は、筺体３０１、複数の操作ボタンが設けられた操作部３０２、画像や動画、文字等を表示する表示部３０３を有する。表示部３０３には、本発明に係る有機ＥＬ装置１、１０１が搭載される。
【００６０】
このように、冷却効果の優れた有機ＥＬ装置１、１０１を搭載しているので、有機ＥＬ素子３からの発熱量が多くても動作不良を起こすことが無く、明るく表示特性の良い電子機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ装置の構成を示す断面図である。
【図２】本実施形態に係る有機ＥＬ装置の構成を示す平面図である。
【図３】ペルチェ素子の原理を説明する図である。
【図４】本実施形態に係る有機ＥＬ装置の一部の構成を示す平面図である。
【図５】本実施形態に係る有機ＥＬ装置の回路を示す図である。
【図６】本実施形態に係る有機ＥＬ装置の動作を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ装置の構成を示す断面図である。
【図８】本実施形態に係る有機ＥＬ装置の一部の構成を示す平面図である。
【図９】有機ＥＬ装置を搭載した電子機器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１、１０１…有機ＥＬ装置 ２…基板 ３…有機ＥＬ素子 ４、１０４…ペルチェ素子１０…絶縁層 １１、１１１…下部電極 １２、１１２…半導体層 １３、１１３…陰極（上部電極） １４…有機層 ３００…携帯電話
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるトップエミッション型の有機エレクトロルミネセンス（以下、「有機ＥＬ」という。）装置及び当該有機ＥＬ装置の冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、有機ＥＬ装置は、例えばガラス基板上に有機ＥＬ素子が形成される構成となっている。有機ＥＬ装置がトップエミッション型の場合、有機ＥＬ素子は、金属等の材料からなりガラス基板上に形成される陽極と、この陽極上に形成される有機層と、この有機層の上に形成されＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウムチンオキサイド）等の透明導電材料からなる陰極とで構成される。
【０００３】
有機層は、正孔注入層／輸送層、発光層がこの順に積層されてなる。陽極及び陰極に電圧を印加すると、陽極からは発光層に正孔が注入され、陰極からは発光層に電子が注入され、発光層でこの正孔と電子とが再結合して発光する。トップエミッション型の有機ＥＬ装置では、陰極を通過して光が射出される。
【０００４】
有機ＥＬ装置を駆動すると、正孔又は電子の流れや再結合等により有機ＥＬ素子等が発熱する。この熱は有機ＥＬ素子に悪影響を及ぼし、表示不良や動作不良の原因となる。特に有機ＥＬ素子は熱に弱く劣化しやすいため、ペルチェ素子等の冷却素子を用いて冷却している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】ＷＯ９８／１３７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の記載によれば、ペルチェ素子と有機ＥＬ素子との間がヒートシンクや封止基板により隔てられており、間接的にしか有機ＥＬ素子を冷却できないため、十分な冷却効果が得られない。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、有機ＥＬ素子の冷却効果を向上させた有機ＥＬ装置及び当該有機ＥＬ装置の冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る有機ＥＬ装置は、基板と、前記基板上に設けられたペルチェ素子と、前記ペルチェ素子の上に設けられ、前記基板とは反対の方向に光を射出する有機ＥＬ素子とを具備し、前記ペルチェ素子の吸熱側に設けられた吸熱側電極が、前記有機ＥＬ素子に接触していることを特徴とする。
【０００７】
本発明では、ペルチェ素子の吸熱側電極が有機ＥＬ素子に接触しているので、有機ＥＬ素子で発生した熱を吸熱側電極が直接的に吸熱することができ、冷却効果が向上する。
ここで、ペルチェ素子について簡単に説明する。ペルチェ素子には、例えば単層型のものやｐｎ型のものがあり、いずれも半導体層（単層型の場合はｐ型又はｎ型半導体層、ｐｎ型の場合はｐ型半導体層及びｎ型半導体層）を電極で挟んだ構造となっている。ペルチェ素子を駆動させたときには、熱が一方の電極から他方の電極へと、当該半導体層を介して移動するようになっている。従って、「一方の電極」側が熱を吸収することになり（吸熱側）、「他方の電極」側が熱を発することになる（発熱側）。吸熱側の電極が吸熱側電極であり、発熱側の電極が発熱側電極である。
【０００８】
本発明に係る有機ＥＬ装置は、いわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ装置である。トップエミッション型の有機ＥＬ装置では、有機ＥＬ素子からは、基板とは反対の方向へ光が射出されるようになっている。このため、基板と有機ＥＬ素子との間にペルチェ素子を設けても、当該ペルチェ素子により光が遮られることは無い。よって、本発明によれば、有機ＥＬ素子から射出される光を遮ったり弱めたりすることなく、冷却効率を高めることができる。
【０００９】
有機ＥＬ素子においては、一般的には基板側から正孔注入／輸送層、発光層の順に積層された有機層を陽極と陰極とで挟持した構成となっており、基板側に陽極が設けられる。本発明に係る有機ＥＬ装置としては、この有機層が単一である面発光型のもの（例えば、照明として用いられる）であっても良いし、複数の有機層をマトリクス状に配置したもの（例えば、表示装置として用いられる）であっても良い。特に照明等に用いられる面発光型の有機ＥＬ装置は、発光時の単位面積あたりの発熱量が多く、熱により有機ＥＬ素子が劣化しやすいため、本発明を適用して冷却効率を向上させる意義は大きいといえる。
【００１０】
また、前記ペルチェ素子の発熱側に設けられた発熱側電極が、前記基板に接触していることが好ましい。
上述したように、有機層からの熱は、ペルチェ素子の吸熱側電極により吸収される。吸収された熱は、吸熱側から発熱側へと移動し、発熱側電極より放熱される。本発明では、発熱側電極が基板に接触しているので、発熱側電極に移動してきた熱が、基板を介してスムーズに放熱されることになる。これにより、吸熱から放熱までの熱の移動が滞ることなく、効率的な冷却が可能となる。熱伝導率の高い材料で基板を構成するとなお好ましく、これにより、放熱を一層促進させることができる。
【００１１】
また、前記有機ＥＬ素子が、前記光を射光する発光層を含む有機層を有し、前記吸熱側電極が前記有機層に接触していることが好ましい。
これにより、有機層で発生した熱が、当該有機層と接触する吸熱側電極により直接的に吸熱されるので、効果的な冷却が可能となる。
【００１２】
また、前記有機ＥＬ素子が、前記有機層を挟持する一対の電極を備え、前記吸熱側電極が、前記一対の電極のどちらか一方の電極を兼ねていることが好ましい。
本発明においては、吸熱側電極を有機層に接触させ、当該吸熱側電極をペルチェ素子の吸熱側の電極としてだけではなく、有機層の電極としても利用するものである。このように構成すれば、吸熱側電極と有機層の電極とを一つの電極（吸熱側電極）で共通化することができる。これにより、一つの有機ＥＬ装置に形成される電極が少なくなるため、当該有機ＥＬ装置の構成を簡略化することができ、電極を形成する工程が簡単になる。また、電極を共通化してその数を減らすことにより、電極から発生する熱を減少させることにもなる。電極から発生する熱を減少させることで、熱による有機層の劣化を抑えることができる。
【００１３】
また、複数の有機層がマトリクス状に配置されたアクティブマトリクス型の表示装置等として有機ＥＬ装置を用いる場合であっても、吸熱側電極を各有機層の電極（例えば陽極）として共通して用いることができ、有機ＥＬ装置の構成を簡略化することができる。特にアクティブマトリクス型の表示装置においては、複数の有機層や、スイッチング素子（ＴＦＴ）、配線、電極等を細密に形成しなければならないため、構造が複雑になってしまう。電極（例えば陽極）を吸熱側電極と共通化して構成を簡略化することは、有機ＥＬ装置を形成する工程を簡単にすることに効果的である。
【００１４】
また、複数の前記有機層が格子状に配置され、前記ペルチェ素子が、前記吸熱側電極と前記発熱側電極とで挟持される半導体層を有し、前記半導体層が、前記複数の有機層の配置に対応するように格子状に配置されることが好ましい。
有機層の配置に対応するように半導体層を設けることで、熱に弱い有機層を集中的に冷却することができ、半導体層を無駄なく形成することもできる。
【００１５】
また、例えば表示装置の各画素に有機層が形成される場合、有機ＥＬ装置には各有機層に信号を送出するための配線（例えば、信号線や走査線等）や、スイッチング素子としてのＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が形成される。この配線やＴＦＴが形成される領域では、通常配線及びＴＦＴの周りは絶縁層により絶縁される。
【００１６】
本発明では、有機層の配置に対応するように半導体層を設ける構成としている。言い換えれば、有機層と有機層との間、すなわち有機層が存在しない部分に対応する領域には半導体層を設けない構成になる。この半導体層を設けない領域には、上記の配線やＴＦＴ素子、あるいは、その周りの絶縁層を設けることができ、スペースを有効に活用できるという利点がある。このように、本発明は、表示装置にも適用しやすい構成となっている。
【００１７】
また、前記ペルチェ素子が、単層型ペルチェ素子であることが好ましい。
単層型ペルチェ素子は構成が簡単なため、吸熱側電極、半導体層及び発熱側電極の形成が容易である。このため、有機ＥＬ装置に容易に組み込むことができる。
【００１８】
また、前記ペルチェ素子が、ｐｎ型ペルチェ素子であることが好ましい。
ｐｎ型ペルチェ素子においては、ｐ型及びｎ型の２つの半導体層を介して熱を移動することができる。つまり、有機層からの熱はｐ型半導体層及びｎ型半導体層のそれぞれに分散して移動させることができる。これにより、熱の移動がスムーズになり、冷却効率を一層高めることができる。
【００１９】
本発明の別の観点に係る電子機器は、上記の有機ＥＬ装置を搭載したことを特徴とする。
本発明によれば、冷却効果の優れた有機ＥＬ装置を搭載できるので、有機層からの発熱量が多くても動作不良を起こすことが無く、明るく表示特性の良い電子機器を得ることができる。
【００２０】
本発明の別の観点に係る有機ＥＬ装置の冷却方法は、基板上にペルチェ素子を設け、前記基板とは反対の方向に光を射出する有機ＥＬ素子を前記ペルチェ素子の上に設け、前記有機ＥＬ素子には前記ペルチェ素子の吸熱側に設けられた吸熱側電極を接触させ、前記有機ＥＬ素子から発せられた熱を前記吸熱側電極に吸熱させることで前記有機ＥＬ素子を冷却することを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、ペルチェ素子の吸熱側電極を有機層に接触させているので、有機ＥＬ素子で発生した熱を吸熱側電極が直接的に吸熱できる。これにより、冷却効果を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の図では、各部材を認識可能な大きさとするため、縮尺を適宜変更している。
図１は、有機ＥＬ装置１の全体構成を概略的に示す断面図である。
有機ＥＬ装置１は、基板２と、基板２上に設けられたペルチェ素子４と、ペルチェ素子４上に設けられた有機ＥＬ素子３とを主として構成されている。この有機ＥＬ装置１は、駆動部３９（図２参照）から供給される電気信号に応じて有機ＥＬ素子３が発光することで、画像や動画等を表示できるようになっている。また、基板２上に設けられた絶縁層１０上には、有機ＥＬ素子３を覆うように封止部５が形成されている。
【００２３】
本実施形態では、画素ごとに薄膜トランジスタ（Thin film Transistor：ＴＦＴ）が形成されたアクティブマトリクス型であり、有機ＥＬ素子３により発生した光が基板と反対の方向に射出され封止部５を透過して取り出されるトップエミッション型である有機ＥＬ装置１を例に挙げて説明する。
【００２４】
基板２は、例えばガラスや石英、樹脂（プラスチック、プラスチックフィルム）等の透明材料で形成することができるが、シリコンや金属等、熱伝導性の高い材料を用いて構成してもよい。本実施形態に係る有機ＥＬ装置１はトップエミッション型のものであるため、必ずしも透明材料で形成する必要は無い。
【００２５】
図２は、この基板２を平面的に見たときの図である。
同図に示すように、基板２は、中央部分の表示領域７（一点鎖線の内側の領域）と、表示領域７を取り囲む周縁領域８（当該一点鎖線の外側の領域）とに区画されている。表示領域７は、画素が形成され有機ＥＬ素子３からの光が通過する画素領域７ａと、画素が形成されない画素間領域７ｂとに区画されている。基板２の端部２ａには、駆動部３９（図２参照）が取り付けられている。
【００２６】
基板２の周縁領域８に設けられる走査駆動回路２０は、シフトレジスタ等のメモリや信号レベルを変換するレベルシフタ等の回路を有しており、ゲート配線３５に接続されている。データ駆動回路２１は、このシフトレジスタ、レベルシフタの他、ビデオラインやアナログシフタ等の回路を有しており、ソース配線３７に接続されている。走査駆動回路２０及びデータ駆動回路２１は、駆動制御信号線（図示しない）を介して駆動部３９に接続されており、当該駆動部３９の制御によりゲート配線３５及びソース配線３７に電気信号を出力する。検査回路２２は、有機ＥＬ装置１の作動状況を検査するための回路であり、例えば検査結果を外部に出力する検査情報出力手段（図示せず）等を備え、製造途中や出荷時の表示装置の品質、欠陥の検査を行うことができるように構成されている。また、走査駆動回路２０、データ駆動回路２１及び検査回路２２は、駆動電源線（図示しない）を介して電源に接続されている。
また、周縁領域８には、有機ＥＬ素子３に接続する接続用配線２７が形成されている。この接続用配線２７は駆動部３９に接続されており、当該接続用配線２７を介して駆動部３９からの電気信号を有機ＥＬ素子３に供給することができるようになっている。
【００２７】
図１に戻って、有機ＥＬ素子３は、陰極１３、有機層１４、共通電極（陽極）１６及び有機バンク層１８を有する。これらはペルチェ素子４上に積層されている。有機層１４は、電子注入層１５及び発光層１７を主として構成されている。陰極１３、有機層１４は画素領域７ａに形成されており、有機バンク層１８は画素間領域７ｂに形成されている。
【００２８】
陰極１３は、電子注入層１５に電子を注入する電極であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）等の金属材料から形成され、例えば配線やコンタクトホール等を介してドレイン電極３８に接続されている。
電子注入層１５は、陰極１３から注入された電子を発光層１７に輸送する層であり、例えばポリチオフェン誘導体、ポリピロール誘導体、あるいはそれらのドーピング体等から形成されている。また、陽極１６は、駆動部からの電気信号に応じて発光層１７に正孔を注入する層であり、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明な材料からなる。この陽極１６は、基板２上の接続用配線２７に接続され、当該接続用配線２７を介して駆動部３９に接続されている。
【００２９】
発光層１７は、蛍光あるいは燐光を発光することが可能な公知の発光材料、例えば低分子材料や高分子材料等により形成されている。この発光層１７では、電子注入層１５からの電子と陽極１６からの正孔とが結合して光を発する。発光層１７には、赤色光を発する層（１７Ｒ）、緑色光を発する層（１７Ｇ）、青色光を発する層（１７Ｂ）の３種類がある。各発光層１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂからの光が陽極１６及び封止部５を透過することで、基板２の表示領域７に画像や動画等が表示されるようになっている。
【００３０】
有機バンク層１８は、電子注入層１５や発光層１７をインクジェット法等の液滴吐出法で形成する際の隔壁であり、また、隣接する電子注入層１５及び発光層１７の間で電子の移動が起こらないようにする絶縁層である。有機バンク層１８は、例えばアクリルやポリイミド等で形成され、各電子注入層１５及び発光層１７を遮断するように設けられている。
【００３１】
ペルチェ素子４は、基板２上に設けられ、下部電極１１と、半導体層１２と、上部電極１３とを主として構成されている。なお、上部電極１３は、有機ＥＬ素子３における陰極１３と同一の構成要素であり、有機ＥＬ３の陰極１３として、また、ペルチェ素子の上部電極１３として共通して用いられる電極である。以下、陰極及び上部電極については、「上部電極」として統一して表記する。
【００３２】
ここで、図３を参照して、ペルチェ素子の原理について簡単に説明する。
図３は、ペルチェ素子の原理を示す図である。
一般にペルチェ素子には、例えば単層型のもの（図３（ａ）参照）やｐｎ型のもの（図３（ｂ）参照）がある。
【００３３】
図３（ａ）に示すペルチェ素子４０は単層型ペルチェ素子と呼ばれ、ｐ型又はｎ型の半導体層、例えば図３（ａ）ではｎ型の半導体層４０ａを電極４０ｂと電極４０ｃとで挟持した構造となっている。電極４０ｂを陽極とし、電極４０ｃを陰極として、電極４０ｂと電極４０ｃとの間に電圧を印加し、ペルチェ素子４０を駆動すると、熱が電極４０ｂから電極４０ｃ（陽極側から陰極側）へ、当該半導体層４０ａを介して移動するようになっている。
【００３４】
これにより、電極４０ｂ側が熱を吸収することになり（吸熱側）、電極４０ｃ側が熱を発することになる（発熱側）。以下、吸熱側の電極４０ｂを吸熱側電極４０ｂと称し、発熱側の電極４０ｃを発熱側電極４０ｃと称するものとする。なお、電圧を逆に印加したり（電極４０ｂを陰極、電極４０ｃを陽極とする）、半導体層４０ａとしてｐ型の半導体層を用いた場合には、熱の移動が逆方向（陰極側から陽極側）になる。
【００３５】
図３（ｂ）に示すペルチェ素子１４０はｐｎ型ペルチェ素子と呼ばれ、単層型ペルチェ素子４０を直列に接続した構造となっている。具体的には、当該ペルチェ素子１４０は、ｐ型半導体層１４０ａと、ｎ型半導体層１４０ｂと、電極１４０ｃ〜１４０ｅとを有する。電極１４０ｃ及び電極１４０ｄと、電極１４０ｅとが対向して設けられ、例えば図３（ｂ）のように、電極１４０ｅが、電極１４０ｃとの間ではｐ型半導体層１４０ａを挟持し、電極１４０ｄとの間ではｎ型半導体層１４０ｂを挟持する構成となっている。
【００３６】
このペルチェ素子１４０に、ｐ型半導体層１４０ａ側を陰極側、ｎ型半導体層１４０ｂ側を陽極側として電圧を印加すると、電極１４０ｃ及び電極１４０ｄ側が発熱側となり、電極１４０ｅ側が吸熱側となる。以下、ｐｎ型ペルチェ素子の電極１４０ｃ及び１４０ｄを発熱側電極１４０ｃ及び１４０ｄと称し、電極１４０ｅを吸熱側電極１４０ｅと称するものとする。
本実施形態に係る有機ＥＬ装置１に用いられるペルチェ素子４の構成は、図３（ａ）に示す単層型ペルチェ素子４０と同等の構成である。以下、ペルチェ素子４０と対応させながら、ペルチェ素子４の各部を説明する。
【００３７】
図１を参照して、下部電極１１は、図３（ａ）の発熱側電極４０ｃに対応する電極であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）等の金属からなり、基板２の表面２ｂ上に設けられている。半導体層１２は、半導体層４０ａに対応し、例えばビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）等のｎ型半導体からなり、下部電極１１上に設けられている。半導体層１２は、各有機層１４の配置に対応するように画素領域７ａに設けられており、有機層１４が設けられない画素間領域７ｂには半導体層１２は設けられない。上部電極１３は、図３（ａ）の吸熱側電極４０ｂに対応する電極であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）等の金属からなり、下部電極１１との間で半導体層１２を挟持するように形成されている。下部電極１１、半導体層１２及び上部電極１３は、電気的に接続されている。
【００３８】
本実施形態では、下部電極１１は発熱側電極４０ｃ、上部電極１３は吸熱側電極４０ｂにそれぞれ対応する電極であるため、このペルチェ素子４を駆動するときに上部電極１３を陽極、下部電極１１を陰極として電圧が印加されるようになっている。半導体層１２をｐ型半導体で構成したときには、これとは逆に、上部電極１３を陰極、下部電極１１を陽極として電圧が印加されるように構成する。このような電圧の調整は、例えば駆動部３９により行われるようになっている。
【００３９】
下部電極１１、半導体層１２、上部電極１３及び有機層１４の平面的な配置を図４に示す。上部電極１３の上層側（図４における紙面手前側）には有機層１４（一点鎖線で示した部分）が設けられ、上部電極１３の下層側（図４における紙面奥側）には、有機層１４と対応するように半導体層１２（破線で示した部分）が設けられている。
【００４０】
一方、図１に戻って、半導体層１２が設けられない画素間領域７ｂ及び周縁領域８には絶縁層１０が設けられている。この絶縁層１０は例えばＳｉＯ２等からなり、絶縁層１０内には、シリコン膜３２、ゲート絶縁層３３、ゲート配線３５、ソース配線３７、ドレイン電極３８が形成されている。このように、半導体層１２が設けられない領域に絶縁層や配線を設けることで、スペースを有効に活用した構成となっている。
【００４１】
シリコン膜３２は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有する駆動用トランジスタである。シリコン膜３２のうち、ゲート絶縁層３３を挟んでゲート配線３５と重なる領域がチャネル領域３２ａである。チャネル領域３２ａのソース側には、低濃度ソース領域３２ｂ及び高濃度ソース領域３２ｓが形成され、チャネル領域３２ａのドレイン側には、低濃度ドレイン領域３２ｃ及び高濃度ドレイン領域３２ｄが形成されている。このようにシリコン膜３２は、ＬＤＤ（Light Doped Drain）構造を形成する。
【００４２】
ゲート配線３５及びソース配線３７は、それぞれマトリックス状に配設されている。ゲート配線３５は、例えば図２又は図４のＸ方向に延びるように形成され、ソース配線３７は、ゲート配線３５とほぼ直交する方向（図２又は図４のＹ方向）に延びるように形成されている。このソース配線３７は、高濃度ソース領域３２ｓに接続される。また、ドレイン電極３８は、高濃度ドレイン領域３２ｄに接続されている。このドレイン電極３８からは、例えば配線などを介して上部電極１３に接続されている。
【００４３】
図５は、このように構成された有機ＥＬ装置１の配線構造を概念的に示す図である。
この有機ＥＬ装置１によれば、ゲート配線３５が駆動されてスイッチング用ＴＦＴ２００がオン状態になると、そのときのソース配線３７の電位が保持容量２０１に保持され、該保持容量２０１の状態に応じて、駆動用ＴＦＴ３２のオン・オフ状態が決まる。駆動用ＴＦＴ３２のチャネルを介して電源線２０２から上部電極１３に電流が流れると、上部電極１３から電子注入層１５を介して発光層１７に電子が移動し、陽極１６から発光層１７に正孔が移動する。このように、見かけ上電流が陽極１６から上部電極１３に流れるようになっており、発光層１７は、この電流量に応じて発光する。また、ここでは図示を省略するが、上部電極１３からは下部電極１１との間に電圧を加えるための回路が形成されている。なお、スイッチング用ＴＦＴ２００、保持容量２０１、電源線２０２は、図１〜図４では図示を省略している。
【００４４】
次に、図６を参照して、本実施形態に係る有機ＥＬ装置１の動作及び効果について説明する。
図６は、有機ＥＬ装置を駆動したときの様子を示す図である。図６（ａ）は、既成の有機ＥＬ装置５１にペルチェ素子を接触させて駆動したときの様子、図６（ｂ）は、本実施形態に係る有機ＥＬ装置１を駆動させたときの様子をそれぞれ示している。
【００４５】
図６（ａ）を参照して、有機ＥＬ装置５１は、基板５２上に絶縁層５３が形成され、当該絶縁層５３の上に有機ＥＬ素子５４が形成された構成となっている。また、絶縁層５３上には、有機ＥＬ素子５４を覆うように、封止部５５が形成されている。ここでは、有機ＥＬ装置５１が、基板５２とは反対の方向に光を射出するトップエミッション型である場合を例に挙げて説明する。ペルチェ素子５６は、射出された光を遮らないようにするため、光を取り出す封止部５５側ではなく、基板５２側に接触させるように設けられるものとする。
【００４６】
有機ＥＬ装置５１を駆動すると、正孔又は電子の流れ等により有機ＥＬ素子５４が発熱する。ペルチェ素子５６と有機ＥＬ素子５４との間は基板５２により隔てられているため、ペルチェ素子５６は基板５２に伝わった熱を吸熱する。基板５２に伝わらない熱については吸熱することができない。吸熱できない分の熱は有機ＥＬ装置５１の内部にこもってしまい、有機ＥＬ素子５４を劣化させてしまう危険がある。このように、間接的にしか有機ＥＬ素子５４を冷却できないため、十分な冷却効果が得られない。
【００４７】
一方、図６（ｂ）に示すように、本実施形態に係る有機ＥＬ装置１であれば、ペルチェ素子４の吸熱側電極である上部電極１３が有機ＥＬ素子３に接触しているので、当該有機ＥＬ素子３で発生した熱を上部電極１３が直接的に吸熱することができる。このように、ペルチェ素子４が有機ＥＬ素子３を直接的に冷却することができるため、冷却効果が極めて高くなるのである。
【００４８】
また、ペルチェ素子４の発熱側電極である下部電極１１が、基板２に接触しているので、下部電極１１に移動してきた熱が、基板２を介してスムーズに放熱されることになる。これにより、吸熱から放熱までの熱の移動が滞ることなく、効率的な冷却が可能となる。この場合、例えばシリコンや金属等の熱伝導率の高い材料で基板２を構成することで、放熱を一層促進させることもできる。
【００４９】
また、上部電極１３と有機ＥＬ素子３の陰極１３とを共通化しているので、有機ＥＬ装置１に形成される電極数が少なくなる。これにより、当該有機ＥＬ装置１の構成を簡略化すると同時に、電極を形成する工程が簡単になる。また、電極を共通化してその数を減らすことにより、電極から発生する熱を減少させることにもなる。
【００５０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第１実施形態と同様、以下の図では、各部材を認識可能な大きさとするため、縮尺を適宜変更している。また、第１実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態では、ペルチェ素子１０４の内部構成が第１実施形態と異なっているため、この点を中心に説明する。
【００５１】
図７は、本実施形態に係る有機ＥＬ装置１０１の概略構成を示す断面図である。
有機ＥＬ装置１０１は、基板２と、基板２上に設けられたペルチェ素子１０４と、ペルチェ素子１０４上に設けられた有機ＥＬ素子３とを主として構成されている。なお、基板２上に設けられた絶縁層１０上に、有機ＥＬ素子３を覆うように封止部５が形成されている点については、第１実施形態と同様である。
【００５２】
ペルチェ素子１０４は、基板２上に設けられており、下部電極１１１と、半導体層１１２と、上部電極１１３とを主として構成されている。
本実施形態に係る有機ＥＬ装置１に用いられるペルチェ素子１０４の構成は、図３（ｂ）に示すｐｎ型ペルチェ素子１４０と同等の構成である。以下、ペルチェ素子１０４とペルチェ素子１４０とを対応させながら、ペルチェ素子１０４の各部を説明する。
【００５３】
図７に示すように、下部電極１１１は、下部電極１１１ａ及び下部電極１１１ｂを有する。下部電極１１１ａは、図３（ｂ）の発熱側電極１４０ｃに対応する電極であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）等の金属からなり、基板２の表面２ｂ上に設けられている。下部電極１１１ｂは、図３（ｂ）の発熱側電極１４０ｄに対応する電極である。下部電極１１１ａと下部電極１１１ｂとは絶縁されている。
【００５４】
半導体層１１２は、ｐ型半導体層１１２ａと、ｎ型半導体層１１２ｂとを有し、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）等の半導体で構成されている。ｐ型半導体層１１２ａは、図３（ｂ）のｐ型半導体層１４０ａに対応しており、ｎ型半導体層１１２ｂは、図３（ｂ）のｎ型半導体層１４０ｂに対応している。ｐ型半導体層１１２ａは下部電極１１１ａ上に設けられ、ｎ型半導体層１１２ｂは下部電極１１１ｂ上に設けられている。これら半導体層１１２ａ、１１２ｂは、各有機層１４の配置に対応するように画素領域７ａに設けられている。
【００５５】
上部電極１１３は、図３（ｂ）の吸熱側電極１４０ｃに対応する電極であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、金（Ａｕ）等の金属からなる。下部電極１１１ａとの間で半導体層１１２ａを挟持し、下部電極１１１ｂとの間で半導体層１１２ｂを挟持するように形成されている。
【００５６】
本実施形態では、下部電極１１１ａ及び下部電極１１１ｂが発熱側、上部電極１１３が吸熱側になるようにするため、ペルチェ素子１０４を駆動するときには下部電極１１１ａを陰極、下部電極１１１ｂを陽極として電圧が印加されるようになっている。このような電圧の印加は、例えば駆動部３９により行われるようになっている。
【００５７】
下部電極１１１、半導体層１１２、上部電極１１３及び有機層１４の平面的な配置を図８に示す。上部電極１１３の上側（図８における紙面手前側）には有機層１４（一点鎖線で示した部分）が設けられ、上部電極１１３の下側（図８における紙面奥側）には、有機層１４と対応するように半導体層１１２ａ及び１１２ｂ（破線で示した部分）が設けられている様子がわかる。また、下部電極１１１ａがｐ型半導体層１１２ａに、また、下部電極１１１ｂがｎ型半導体層１１２ｂに、それぞれ対応する位置に配置され、一様の幅で形成されている。
【００５８】
本実施形態によれば、ペルチェ素子１０４においては、ｐ型半導体層１１２ａ及びｎ型半導体層１１２ｂの２つの半導体層１１２を介して熱を移動することができる。つまり、有機層１４からの熱はｐ型半導体層１１３ａ及びｎ型半導体層１１２ｂのそれぞれに分散して移動させることができる。これにより、熱の移動がスムーズになり、冷却効率を一層高めることができる。
【００５９】
（電子機器）
次に、本発明に係る電子機器について、携帯電話を例に挙げて説明する。
図９は、携帯電話３００の全体構成を示す斜視図である。
携帯電話３００は、筺体３０１、複数の操作ボタンが設けられた操作部３０２、画像や動画、文字等を表示する表示部３０３を有する。表示部３０３には、本発明に係る有機ＥＬ装置１、１０１が搭載される。
【００６０】
このように、冷却効果の優れた有機ＥＬ装置１、１０１を搭載しているので、有機ＥＬ素子３からの発熱量が多くても動作不良を起こすことが無く、明るく表示特性の良い電子機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ装置の構成を示す断面図である。
【図２】本実施形態に係る有機ＥＬ装置の構成を示す平面図である。
【図３】ペルチェ素子の原理を説明する図である。
【図４】本実施形態に係る有機ＥＬ装置の一部の構成を示す平面図である。
【図５】本実施形態に係る有機ＥＬ装置の回路を示す図である。
【図６】本実施形態に係る有機ＥＬ装置の動作を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ装置の構成を示す断面図である。
【図８】本実施形態に係る有機ＥＬ装置の一部の構成を示す平面図である。
【図９】有機ＥＬ装置を搭載した電子機器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１、１０１…有機ＥＬ装置 ２…基板 ３…有機ＥＬ素子 ４、１０４…ペルチェ素子１０…絶縁層 １１、１１１…下部電極 １２、１１２…半導体層 １３、１１３…陰極（上部電極） １４…有機層 ３００…携帯電話
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられたペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子の上に設けられ、前記基板とは反対の方向に光を射出する有機ＥＬ素子と
を具備し、
前記ペルチェ素子の吸熱側に設けられた吸熱側電極が、前記有機ＥＬ素子に接触している
ことを特徴とする有機ＥＬ装置。
【請求項２】
前記ペルチェ素子の発熱側に設けられた発熱側電極が、前記基板に接触していることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ装置。
【請求項３】
前記有機ＥＬ素子が、前記光を射光する発光層を含む有機層を有し、
前記吸熱側電極が前記有機層に接触していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機ＥＬ装置。
【請求項４】
前記有機ＥＬ素子が、前記有機層を挟持する一対の電極を備え、
前記吸熱側電極が、前記一対の電極のどちらか一方の電極を兼ねていることを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ装置。
【請求項５】
複数の前記有機層が格子状に配置され、
前記ペルチェ素子が、前記吸熱側電極と前記発熱側電極とで挟持される半導体層を有し、
前記半導体層が、前記複数の有機層の配置に対応するように格子状に配置されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の有機ＥＬ装置。
【請求項６】
前記ペルチェ素子が、単層型ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置。
【請求項７】
前記ペルチェ素子が、ｐｎ型ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１又は請求項５のうちいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のうちいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
【請求項９】
基板上にペルチェ素子を設け、
前記基板とは反対の方向に光を射出する有機ＥＬ素子を前記ペルチェ素子の上に設け、
前記有機ＥＬ素子には前記ペルチェ素子の吸熱側に設けられた吸熱側電極を接触させ、
前記有機ＥＬ素子から発せられた熱を前記吸熱側電極に吸熱させることで前記有機ＥＬ素子を冷却する
ことを特徴とする有機ＥＬ装置の冷却方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられたペルチェ素子と、
前記ペルチェ素子の上に設けられ、前記基板とは反対の方向に光を射出する有機ＥＬ素子と
を具備し、
前記ペルチェ素子の吸熱側に設けられた吸熱側電極が、前記有機ＥＬ素子に接触している
ことを特徴とする有機ＥＬ装置。
【請求項２】
前記ペルチェ素子の発熱側に設けられた発熱側電極が、前記基板に接触していることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ装置。
【請求項３】
前記有機ＥＬ素子が、前記光を射光する発光層を含む有機層を有し、
前記吸熱側電極が前記有機層に接触していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機ＥＬ装置。
【請求項４】
前記有機ＥＬ素子が、前記有機層を挟持する一対の電極を備え、
前記吸熱側電極が、前記一対の電極のどちらか一方の電極を兼ねていることを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ装置。
【請求項５】
複数の前記有機層が格子状に配置され、
前記ペルチェ素子が、前記吸熱側電極と前記発熱側電極とで挟持される半導体層を有し、
前記半導体層が、前記複数の有機層の配置に対応するように格子状に配置されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の有機ＥＬ装置。
【請求項６】
前記ペルチェ素子が、単層型ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置。
【請求項７】
前記ペルチェ素子が、ｐｎ型ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１又は請求項５のうちいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のうちいずれか一項に記載の有機ＥＬ装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
【請求項９】
基板上にペルチェ素子を設け、
前記基板とは反対の方向に光を射出する有機ＥＬ素子を前記ペルチェ素子の上に設け、
前記有機ＥＬ素子には前記ペルチェ素子の吸熱側に設けられた吸熱側電極を接触させ、
前記有機ＥＬ素子から発せられた熱を前記吸熱側電極に吸熱させることで前記有機ＥＬ素子を冷却する
ことを特徴とする有機ＥＬ装置の冷却方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１４７８２６（Ｐ２００６−１４７８２６Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３５５８９（Ｐ２００４−３３５５８９）
【出願日】平成１６年１１月１９日（２００４．１１．１９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１９日（２００４．１１．１９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]