発光装置、表示装置、及び有機電界発光素子の駆動方法
【課題】リーク電流による不良の発生を抑止し、そのような不良によって装置寿命が損なわれることのない発光装置、表示装置、及び有機電界発光素子の駆動方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、第１の電極と、前記第１の電極上に配置された発光層と、前記発光層上に配置された第２の電極とを具備する有機電界発光素子と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に駆動電流を供給することにより前記有機電界発光素子を駆動する駆動回路と、前記駆動電流の値が所定値を下回ったら前記有機電界発光素子の駆動を停止する駆動停止手段と、を具備する発光装置が提供される。
【解決手段】実施形態によれば、第１の電極と、前記第１の電極上に配置された発光層と、前記発光層上に配置された第２の電極とを具備する有機電界発光素子と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に駆動電流を供給することにより前記有機電界発光素子を駆動する駆動回路と、前記駆動電流の値が所定値を下回ったら前記有機電界発光素子の駆動を停止する駆動停止手段と、を具備する発光装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発光装置、表示装置、及び有機電界発光素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明装置や平面光源などを含む発光装置や、表示装置の用途に有機電界発光素子（以下、有機ＥＬ素子、ＯＬＥＤとも称する）が注目されている。有機電界発光素子は、有機材料からなる発光層を陰極と陽極の一対の電極で挟んだ構成を有する。素子に電圧を印加すると、陰極より電子が、陽極より正孔が発光層へ注入され、発光層において電子と正孔が再結合して励起子を生成し、この励起子が放射失活する際に発光が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７２２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
有機電界発光素子の製造過程等において素子パネルに埃等の異物が付着することがある。この場合、素子パネルに付着した異物がリーク電流の発生原因となり、不良の発生、ひいては素子破壊につながることが懸念される。したがって、リーク電流による不良の発生を抑止し、そのような不良によって装置寿命が損なわれることのない発光装置、表示装置、及び有機電界発光素子の駆動方法の提供が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために、実施形態によれば、第１の電極と、前記第１の電極上に配置された発光層と、前記発光層上に配置された第２の電極とを具備する有機電界発光素子と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に駆動電流を供給することにより前記有機電界発光素子を駆動する駆動回路と、前記駆動電流の値が所定値を下回ったら前記有機電界発光素子の駆動を停止する駆動停止手段と、を具備する発光装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る発光装置の回路図である。
【図２】図２は、実施例１−１に係るＯＬＥＤパネルを示す外観図である。
【図３】図３は、実施例１−１に係るＯＬＥＤパネルの断面図である。
【図４】図４は、実施例１−１に係るＯＬＥＤパネルにおけるＡ−Ａ’方向の断面図である。
【図５】図５は、実施例１−２に係るＯＬＥＤパネルを示す外観図である。
【図６】図６は、実施例１−２に係るＯＬＥＤパネル４０のＢ−Ｂ’方向の断面図である。
【図７】図７は、低電流駆動によるＯＬＥＤ劣化の想定モデルを説明するための図である。
【図８】図８は、素子破壊について説明するための図である。
【図９】図９は、正常素子と不良素子の電流―電圧特性、及び電流―輝度特性を示すグラフである。
【図１０】図１０は、光学顕微鏡によるリーク発生箇所の観察結果を示す図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態に係る発光装置の外観図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態に係る表示装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る発光装置の回路図である。
発光装置１は、有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ：ＯＬＥＤ）１０と、ＯＬＥＤ１０を駆動する駆動回路と、該駆動回路を駆動する回路電源（Ｖｃｃ）とを備える。回路電源（Ｖｃｃ）は、例えば乾電池等のバッテリーを想定する。
【０００９】
図１に示す駆動回路は、定電流回路を構成している。特に本実施形態において、ＯＬＥＤ１０を駆動する駆動回路は、ＯＬＥＤ１０を駆動する電流（駆動電流）を監視し、該駆動電流の値が所定値を下回ったら駆動を強制的に停止するように構成される。
【００１０】
具体的には、回路電源（Ｖｃｃ）の正端子にはトランジスタＱ１のエミッタ端子が接続される。トランジスタＱ１のコレクタ端子はＯＬＥＤ１０の陽極（アノード）が接続される。ＯＬＥＤ１０の陰極（カソード）はトランジスタＱ２のコレクタ端子に接続される。トランジスタＱ２のエミッタ端子は抵抗器Ｒ１に接続される。抵抗器Ｒ１の他端は回路電源（Ｖｃｃ）の負端子に接続される。トランジスタＱ２のベース端子にはオペアンプ（差動増幅器）ＡＭＰ１の出力端子が接続される。オペアンプＡＭＰ１の非反転入力端子は抵抗器Ｒ２及びＲ３に接続される。オペアンプＡＭＰ１の反転入力端子はオペアンプＡＭＰ２の非反転入力端子に接続される。オペアンプＡＭＰ２の反転入力端子には抵抗器Ｒ４及びＲ５が接続される。オペアンプＡＭＰ２の出力端子は、トランジスタＱ３のベース端子に接続される。トランジスタＱ３のエミッタ端子は、抵抗器を介してトランジスタＱ１のベース端子に接続される。図１に示される駆動回路において、ＯＬＥＤ１０の駆動を停止する手段は、少なくとも、トランジスタＱ１、トランジスタＱ３、及びオペアンプＡＭＰ２を含む。
【００１１】
通常点灯時には、オペアンプＡＭＰ２の非反転入力端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆ２とＯＬＥＤ１０に流れる電流を検出する抵抗器Ｒ１の電圧とが等しくなるようにオペアンプＡＭＰ１が動作し、トランジスタＱ２の出力電流が一定に制御される。これは、定電流回路としての通常の動作であり、ＯＬＥＤ１０の端子間に駆動電流が供給される。
【００１２】
回路電源は例えば乾電池等のバッテリーを想定しており、その放電によって電源電圧Ｖｃｃが次第に低下する。電源電圧Ｖｃｃの低下に伴い、トランジスタＱ２のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥも徐々に低下する。最終的には、トランジスタＱ２は飽和領域に侵入し、完全にＯＮの状態となる。この時点から、当該駆動回路は電圧変動等に対する電流制御機能を失う。
【００１３】
電源電圧Ｖｃｃがさらに低下すると、ＯＬＥＤ１０を流れる電流も低下をはじめ、その出力電流を検出するための抵抗器Ｒ１の電圧が低下する。オペアンプＡＭＰ２は抵抗器Ｒ１の電圧を監視することによって電流を監視している。すなわち、オペアンプＡＭＰ２の非反転入力端子の電圧は抵抗器Ｒ１の電圧に等しく、オペアンプＡＭＰ２の反転入力端子の電圧は設定基準電圧Ｖｒｅｆ１に等しい。また、設定基準電圧Ｖｒｅｆ１は所定の下限電流に応じてあらかじめ設定される。この下限電流は、ＯＬＥＤ１０に流れてもよい電流の下限値、すなわち駆動電流の下限値に相当する。駆動電流の下限値を設定することについては後に詳しく説明する。
【００１４】
オペアンプＡＭＰ２は、非反転入力端子と反転入力端子の電位差に応じてＨｉｇｈ又はＬｏｗ信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力する。抵抗器Ｒ１の電圧が設定基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回った時点でオペアンプＡＭＰ２はＬｏｗ信号を出力する。これによりトランジスタＱ３がＯＦＦし、さらにトランジスタＱ１がＯＦＦする。したがって、駆動回路全体がＯＦＦし、ＯＬＥＤ１０の駆動が停止される。
【００１５】
図１に示した構成はあくまで一例であって、当業者にとって自明な範囲において種々変形することが可能である。例えば、上記構成は、駆動電流の値が所定値を下回ったら駆動を強制的に停止する機能を駆動回路の内部に設けたものであるが、同機能を駆動回路の外部に設けてもよい。また、駆動回路の基本的な構成として定電流回路としたが、ＯＬＥＤ１０を定電圧駆動する構成としてもよい。すなわち、ＯＬＥＤ１０を駆動する駆動回路として定電圧回路を用い、ＯＬＥＤ１０を流れる電流を監視して所定電流以下となったら回路を強制停止する機能を設けてもよい。また、乾電池等のバッテリーから交流電源に切り替えて発光装置１を駆動可能な構成としてもよい。
【００１６】
ＯＬＥＤ１０の実施例を説明する。以下の実施例１−１は、ＯＬＥＤ１０を単一の有機電界発光素子によるＯＬＥＤパネルとしたものであり、実施例１−２は、ＯＬＥＤ１０を複数の有機電界発光素子が直列に接続されたＯＬＥＤパネルとしたものである。
【００１７】
＜実施例１−１＞
図２は、実施例１−１に係るＯＬＥＤパネルを示す外観図である。発光エリア２の端部には、ＯＬＥＤ１０を駆動するための第１の電極のパッド部２８及び第２の電極のパッド部２９が設けられる。第１の電極及び第２の電極は一対の電極であり、一方が陽極（アノード）であって他方が陰極（カソード）である。ここでは、第１の電極が陽極であり、第２の電極が陰極であるものとして説明するが、これらは逆であってもよい。素子基板２０は、封止基板２６を含む他の部材を支持するためのものであるため、その上に形成される層を保持できる程度の強度を有することが好ましい。素子基板２０の形状、構造、大きさ等について特に制限はなく、用途、目的等に応じて適宜選択することができる。基板２０の厚さは、その他の部材を支持するために十分な強度があれば、特に限定されない。
【００１８】
図３は、実施例１−１に係るＯＬＥＤパネルの断面図である。
【００１９】
本実施例において、素子基板２０には無アルカリガラス基板を用いた。素子基板２０の材料の具体的な例としては、透明又は半透明の石英ガラス、アルカリガラス及び無アルカリガラス等の透明ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリエート、ポリプロピレン、ポリエチレン、非晶質ポリオレフィン及びフッ素系樹脂等の透明樹脂からなる高分子フィルム、ならびに透明セラミックスが挙げられる。屈折率が１．６〜１．９程度の高屈折率ガラス基板、プラスチック基板等を用いてもよい。
【００２０】
素子基板２０の上に、膜厚１１０ｎｍのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層２１（第１の電極）を成膜し、さらに膜厚５０ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）、膜厚６００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）及び膜厚５０ｎｍのＭｏを積層成膜した（Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ層２８）。ここで、ＩＴＯ層２１の膜厚はその抵抗値、平坦性、及び光取り出しの設計等から決定されるもので、素子設計によって異なる。また、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ層２８の各層の膜厚も同様に素子設計によって異なる。ここでは層２８としてＭｏ／Ａｌ／Ｍｏを用いたが、Ｍｏ：Ｎｂ／Ａｌ：Ｎｄ／Ｍｏ：Ｎｂなどの合金を用いてもよい。すなわち、モリブデンに代えてモリブデンとニオブの合金を用い、アルミニウムに代えてアルミニウムとネオジムの合金を用いてもよい。あるいは、モリブデン、アルミニウム及びモリブデンの層２８に代えて、チタン、アルミニウム及びチタンの層（Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ）としてもよい。層２８は必ずしも積層膜でなくてもよい。
【００２１】
素子基板２０とＩＴＯ層２１の間にシリコン窒化酸化膜（ＳｉＮ）などのバリア層や、散乱、屈折、回折などにより光取り出し効率を向上させる層を形成してもよい。さらに、ＩＴＯ層２１とＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ層２８の積層順は逆であってもよい。
【００２２】
Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ層２８及びＩＴＯ層２１はフォトリソグラフィー法を用いてパターニングした。続いて、ノボラック系ポジ型レジストで絶縁層２２を形成した。ここで用いる絶縁層材料は水分の吸着が少なく、酸素プラズマ処理などの有機ＥＬ蒸着の前処理に対する耐性が強い方が望ましく、他のレジストや、ポリイミド、アクリルなどであってもよい。
【００２３】
ＵＶオゾン洗浄後、有機層２３を形成し、続いて膜厚１５０ｎｍのＡｌ陰極２４（第２の電極）を真空蒸着した。ここで、蒸着前に真空中や、窒素雰囲気のグローブボックス中でアニールして絶縁層２２が吸着している水分を蒸発させてもよい。さらに、蒸着前に酸素プラズマ処理やアルゴンプラズマ処理を行ってもよい。なお、酸素プラズマ処理やアルゴンプラズマ処理を行う場合、ＵＶオゾン洗浄処理は省略してもよい。
【００２４】
図４は、図３のＯＬＥＤパネルにおけるＡ−Ａ’方向の断面図であって、有機層２３の詳細を示している。有機層２３は、電子輸送層３２、励起子ブロック層３３、発光層３４、正孔輸送層３５、正孔注入層３６、などの複数の層を有しており、要求仕様に従って設計される。発光層３４は、燐光発光材料や蛍光発光材料を含む。また、電子注入層（ＬｉＦ）は、Ａｌ陰極２４に含まれるように示されている。各層の形成方法は真空蒸着法に限らず、インクジェット法や、スリットコーティング法、メニスカス塗布法、グラビア印刷法などの塗布法を用いてもよい。
【００２５】
Ａｌ陰極２４の蒸着後、大気暴露しないように窒素雰囲気のグローブボックスへ搬送し、ザグリを入れたガラス２６と貼り合せて封止した。シール材２７には紫外線硬化樹脂を用いた。封止方法は他の方法でもよく、例えばＳｉＮ膜などを用いる膜封止や、フリット封止などでもよい。
【００２６】
なお、図３において、２５は乾燥材（ゲッター）、３０は補助配線を示している。３１は、本実施例１−１に係るＯＬＥＤパネルの発光エリアである。
【００２７】
図示していないが、光取り出し効率を高めるために、素子基板２０の有機層２３を設けた面とは逆側の面にマイクロレンズシート（オプトメイト社製φ３０μｍのマイクロレンズアレイ）を貼付した。光取り出しシートとしては、散乱を使ったものなどでもよい。また、光取り出しシートを貼付する代わりにガラス基板を直接加工してもよい。
【００２８】
図３に示される第１及び第２の電極のパッド部２８，２９にハーネスを半田付けし、本実施例のＯＬＥＤパネルを図１に示した駆動回路と接続した。なお、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を用いてＯＬＥＤパネルと駆動回路とを接続してもよい。
【００２９】
＜実施例１−２＞
図５は、実施例１−２に係るＯＬＥＤパネルを示す外観図である。同図に示すように、ＯＬＥＤパネル４０は、複数の有機電界発光素子を直列に接続して一のＯＬＥＤパネルとしたものである。この実施例１−２では、４つの有機電界発光素子４０１〜４０４を直列に接続した。図６は、本実施例に係るＯＬＥＤパネル４０のＢ−Ｂ’方向の断面図である。複数の発光部４１〜４４（セグメント１〜４）は、有機電界発光素子４０１〜４０４に対応する。図１に示したＯＬＥＤ１０として、本実施例１−２に係るＯＬＥＤ４０を適用し、駆動回路において同ＯＬＥＤ４０を流れる電流を監視し、下限電流以下となったら駆動回路をＯＦＦにし、ＯＬＥＤ４０の駆動を停止する構成としてもよい。
【００３０】
発明者らは、ＯＬＥＤを低電流で駆動する場合に、リーク不良が発生することを見出した。以下、ＯＬＥＤ１０を低電流で駆動することによるリーク不良の問題について説明する。
【００３１】
図７は、低電流駆動によるＯＬＥＤ劣化の想定モデルを説明するための図である。図７（ａ）に示すように、有機層２３は第１の電極（のパッド部）２１及び第２の電極（のパッド部）２４に挟まれている。上述したように、第１の電極及び第２の電極は一対の電極であり、一方が陽極（アノード）であって他方が陰極（カソード）である。一般に、有機層２３は数１０〜数１００ｎｍ程度の薄膜である。図７（ｂ）に示すように、塵や埃等の異物５０が有機層２３に付着すると、異物５０は例えば矢印で示すようなリーク電流の要因となる。すなわち、有機層２３は薄膜であることから、第１の電極２８と第２の電極２９の間が異物５０によって容易に導通してしまい、短絡（ショート）不良が発生しやすい。ＯＬＥＤの面積がより拡大すると（大面積素子化）、製造過程等において異物の混入確率が上がってしまう。このことは、異物によってリーク電流が発生する「リークスポット」の数の増加を引き起こす。
【００３２】
ここで本実施形態では、低電流駆動によるＯＬＥＤの劣化を次のように想定する。すなわち、低電流（低電圧）領域において発光時に必要な電流と同オーダーのリーク電流パスが存在すると、有機電界発光素子に電圧が印加されず、リーク電流のみが流れる。一方、一定以上の電流（電圧）によってＯＬＥＤが駆動されれば、リーク電流パスが焼き切れるか、なんらかの理由で素子全体に電圧がかかり、リーク現象が消えて発光が始まる。
【００３３】
低電流駆動時にリーク電流のみが流れる場合、その原因となる異物等の箇所が発熱し、これにより素子が破壊される可能性がある。
【００３４】
図８は、素子破壊について説明するための図である。同図は、パネル全体の抵抗値の時間的変化をグラフによって示したものである。パネル全体の抵抗は、正常時の抵抗及び／又は不良箇所の抵抗から構成される。同図に示す（１）の時点で不良が発生したとする。これまで、パネルは全面でほぼ均一に発光していたところ、不良が発生すると、その箇所には比較的輝度の高い輝点が観察される。その後、（１）の時点までの正常時の抵抗は、電流上昇から温度上昇の正のフィードバックにより短絡に至る抵抗に変化し始める。そして（２）の時点から（３）までの短時間で不良箇所が短絡し、素子破壊に至って抵抗値が大幅に下がり、パネルは発光しなくなる。
【００３５】
本実施形態では、上述のように低電流駆動時のＯＬＥＤの劣化モデルを想定している。本願の発明者らによる具体的な試験結果（後述する）によると、３０ｍＡ以下の低電流で有機電界発光素子を駆動するとリーク現象が発生しやすいという現象が見出された。リーク要因が上述したように有機層に付着した異物等によるものであるとすると、このような現象は、ＯＬＥＤパネルの製造過程においてそのような異物等を完全に除去することができれば回避可能であるかもしれない。しかしながら、空気清浄度がそれほど高くないようなクリーンルーム等の低コスト設備によって例えば大型のＯＬＥＤパネルを製造するような場合には、異物等を完全に除去することが困難となり得る。
【００３６】
このような素子破壊を防止するための対策として、一定以上の電流（電圧）によってＯＬＥＤを駆動する。図１に示した構成において、ＯＬＥＤ１０の駆動電流は駆動回路において監視され、下限電流すなわち３０ｍＡを下回ったら、ＯＬＥＤ１０の駆動は停止される。これにより素子破壊を未然に防止することができる。上述したように、図１のように電源として乾電池を想定する場合、定電流回路を構成する駆動回路が乾電池により駆動され、ＯＬＥＤ１０は該駆動回路により駆動される。乾電池の出力電圧Ｖｃｃが低下すると、駆動回路は定電流を維持することができなくなり、駆動電流が徐々に低下する。このまま乾電池を交換することなく発光装置１０の使用を継続すると、ＯＬＥＤ１０が３０ｍＡより低い電流で駆動されることになり、リーク不良が発生し得る。ところが本実施形態では、駆動電流が下限電流すなわち３０ｍＡを下回ったら、ＯＬＥＤ１０の駆動が強制的に停止される。なお、下限電流としては、厳密に３０ｍＡに一致する必要はなく、所定の範囲を持たせて経験的に定めてもよい。すなわち、下限電流は、０ｍＡより大きく３０ｍＡ以下の値に適宜定めてもよい。
【００３７】
ここで、ＯＬＥＤを一定電圧（電流）以上で駆動することの意義を素子特性の測定結果に基づいて説明する。
正常素子と不良素子の電流―電圧特性、及び電流―輝度特性を図９に示す。図９のグラフにおいて、曲線Ｄは不良素子のものであり、曲線Ｎは正常素子のものである。図９（ａ）に示すように−５Ｖから＋１０Ｖまで電圧を掃引した場合、不良素子では数百ｍＡ／ｃｍ２程度の大きなリーク電流が流れてしまっている。しかし、参照符号Ｃ１に示すように＋８Ｖ辺りでリーク電流が減少し、正常素子とほぼ同等の電流、及び輝度（図９（ｃ）参照）を示すように変化している。
【００３８】
一方、図９（ｂ）に示すように＋１０Ｖから−５Ｖまで電圧を掃引した場合、正常素子とほぼ同等の電流、輝度を示していたものが、参照符号Ｃ２で示すように＋４Ｖ辺りで数百ｍＡ／ｃｍ２程度の大きなリーク電流が流れる不良素子特性に戻っている。図９（ｄ）から分かるようにこの時点で輝度は大幅に低下を始めている。このような挙動はクリーン度の低いクリーンルームで有機ＥＬ素子を作製した場合に散見される現象である。一般的な電子デバイスの場合、高電圧の場合の方がリーク等の不良は発生しやすい。しかし、クリーン度の低いクリーンルームで作製した有機ＥＬ素子では低電圧の方がリーク不良を発生しており、同じ素子でも高電圧になると正常素子と同等の特性を示していることから、有機ＥＬに特徴的な特性である。有機ＥＬ素子の電流電圧特性は非線形であり、発光しない低電圧では抵抗が非常に高い。ここで、異物やゴミを起因としたリーク箇所がある場合、リーク箇所以外の抵抗が高いためリーク箇所に電流が集中することになる。一方、有機ＥＬ素子の抵抗は発光と共に低下し、高輝度発光時には非常に小さくなる。この時、リーク箇所に比べて、リーク箇所以外の抵抗が低くなり、素子全体に電流が流れ正常素子と同等の特性を示すと考えられる。
【００３９】
発光しない程度から、低輝度で発光する程度の低電圧で駆動し続ける場合、リーク箇所に電流が流れ続けることになる。そうすると、ジュール熱によりリーク箇所の温度が上昇し、周辺の有機層などを変質させ、不可逆なリーク箇所に変化してしまう。有機ＥＬ素子は大きな面積を持つ素子であり、特に照明用途では数センチ角〜数十センチ角程度の大面積素子である。そのような大面積の素子に一つでも前記のようなリーク箇所があると不良品となり、歩留まりを著しく低下させる。また、原因となる異物やゴミを低減させるべくクリーンルームのクリーン度を高めるなどの対策をとる場合、製造コストが高くなってしまう。
【００４０】
これに対し本実施形態によれば、前記のような発光しない程度から、低輝度で発光する程度の低電圧で素子を駆動することをできるだけ避け、正常に動作する領域で使用することができる。したがって、多少の異物やゴミがある状態の素子でも良品として使用できるようになり、製造コストを低く抑えたままリーク不良を低減し、歩留まりを大幅に向上させることができる。
【００４１】
本実施形態では、ＯＬＥＤの駆動電流に下限を定めて駆動を強制停止することのほか、駆動電流の立ち上がり（及び／又は立ち下がり）の速さにも着目する。すなわち、駆動回路によりＯＬＥＤを駆動するための駆動電流が一定電流値（本実施形態では３０ｍＡ以上）まで立ち上がるのに要する時間を遅くとも２ミリ秒以内とすることが好ましい。同様に、消灯により同駆動電流が一定電流値（本実施形態では３０ｍＡ以上）からゼロに立ち下がるのに要する時間を遅くとも２ミリ秒以内とすることが好ましい。このような構成とすれば、ＯＬＥＤが低い電流で駆動されることによるリークの発生を抑え、素子破壊を防止することができる。なお、立ち上がり／立ち下り時間は、厳密に２ミリ秒である必要はなく、一定の幅をもってもよい。選定する部品コスト等の兼ね合いにもよるが、ほぼ２ミリ秒程度で動作するように高速に動作するよう駆動回路を構成することが好ましい。図１に示した本実施形態の構成において、トランジスタＱ１−Ｑ３及びオペアンプＡＭＰ１−２は、２ミリ秒以内で立ち上がり／立ち下がるように構成される。立ち上がり時間または立ち下り時間を２ミリ秒以内とすることにより、リーク電流による不良の発生を抑止することができる。
【００４２】
なお、従来の照明装置では、むしろ比較的時間かけて立ち上がる／立ち下がるようにするのが一般的である。すなわち、照明が一定時間をかけて緩やかに灯る、あるいは緩やかに消灯する方が好ましいとされている。また、製品コストとの兼ね合いから、照明装置においては駆動回路等に関してできるだけ低コストの部品が選定される。この場合、定電流回路の立ち上がり時間（立ち下り時間）は、一般的に長くなる。
【００４３】
以下、実施例１−２に示した直列接続素子による１５０ｍｍ径の半透過パネルを用い、点灯駆動の試験を行った結果を示す。試験時間を１０分とし、ＯＮ（１秒）−ＯＦＦ（１秒）の点灯駆動を行った。輝度は、ＢＭ−７の視野角２．０で測定した。駆動電流［ｍＡ］を変更した場合の輝度［ｃｄ／ｍ２］、実輝度［ｃｄ／ｍ］、合否を以下の表に示す。なお、駆動電流の立ち上がり時間は２ミリ秒とした。駆動電流が５．８ｍＡ、２２．６ｍＡという低駆動電流の場合にリーク電流が発生した（合が丸印、否が×印）。
【表１】
【００４４】
図１０に、リーク発生箇所を光学顕微鏡によって観察した結果を示す。同図（ａ）（ｂ）に示されるように、有機膜の破壊が観察された。これは、リーク電流の発生による電流集中によって素子部が加熱されたことによるものと考えられる。
【００４５】
図１１に、第１の実施形態に係る発光装置の外観図を示す。図１１（ａ）は本発光装置の表面図、同図（ｂ）は裏面図、同図（ｃ）は側面図である。同図において、１０１は発光領域、１０２は電源スイッチ、１０３はスタンド、１０４はねじ孔、１０５は電池収納部である。スタンド１０３は、ねじ孔１０４に差し込んで筐体を支持可能である。
【００４６】
（第２の実施形態）
有機電界発光素子の用途の例として、上述した発光装置のほかに、表示装置が挙げられる。図１２は、第２の実施形態に係る表示装置を示す回路図である。
図１２に示す表示装置８０は、横方向の制御線（ＣＬ）と縦方向の信号線（ＤＬ）がマトリックス状に配置された回路の中に、それぞれ画素８１を配置した構成をとる。画素８１には、有機電界発光素子８５及び有機電界発光素子８５に接続された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）８６が含まれる。ＴＦＴ８６の一方の端子は制御線に接続され、他方の端子は信号線に接続される。信号線は、信号線駆動回路８２に接続されている。また、制御線は、制御線駆動回路８３に接続されている。信号線駆動回路８２及び制御線駆動回路８３は、コントローラ８４により制御される。
【００４７】
有機電界発光素子８５を駆動する駆動電流を信号線駆動回路８２、制御線駆動回路８３及び／又はコントローラ８４により監視し、一定電流（例えば第１の実施形態のように３０ｍＡ）を下回った際に有機電界発光素子８５の駆動を停止する。
【００４８】
表示装置を駆動するバッテリーの電圧低下に伴い表示装置８０が低電流駆動されることによるリーク不良の発生を防止することができる。なお、第１の実施形態と同様に、本実施形態においても、駆動電流の立ち上がり／立ち下り時間を２ミリ秒以内とすることが好ましい。
【００４９】
以上説明した実施形態又は実施例によれば、リーク電流による不良の発生を抑止することができ、これにより装置寿命が損なわれることのない発光装置、表示装置、及び有機電界発光素子の駆動方法を提供することができる。
【００５０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
１…発光装置、Ｑ１−Ｑ３…トランジスタ、ＡＭＰ１，ＡＭＰ２…オペアンプ、Ｒ１−Ｒ５…抵抗器、１０…有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発光装置、表示装置、及び有機電界発光素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、照明装置や平面光源などを含む発光装置や、表示装置の用途に有機電界発光素子（以下、有機ＥＬ素子、ＯＬＥＤとも称する）が注目されている。有機電界発光素子は、有機材料からなる発光層を陰極と陽極の一対の電極で挟んだ構成を有する。素子に電圧を印加すると、陰極より電子が、陽極より正孔が発光層へ注入され、発光層において電子と正孔が再結合して励起子を生成し、この励起子が放射失活する際に発光が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７２２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
有機電界発光素子の製造過程等において素子パネルに埃等の異物が付着することがある。この場合、素子パネルに付着した異物がリーク電流の発生原因となり、不良の発生、ひいては素子破壊につながることが懸念される。したがって、リーク電流による不良の発生を抑止し、そのような不良によって装置寿命が損なわれることのない発光装置、表示装置、及び有機電界発光素子の駆動方法の提供が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために、実施形態によれば、第１の電極と、前記第１の電極上に配置された発光層と、前記発光層上に配置された第２の電極とを具備する有機電界発光素子と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に駆動電流を供給することにより前記有機電界発光素子を駆動する駆動回路と、前記駆動電流の値が所定値を下回ったら前記有機電界発光素子の駆動を停止する駆動停止手段と、を具備する発光装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る発光装置の回路図である。
【図２】図２は、実施例１−１に係るＯＬＥＤパネルを示す外観図である。
【図３】図３は、実施例１−１に係るＯＬＥＤパネルの断面図である。
【図４】図４は、実施例１−１に係るＯＬＥＤパネルにおけるＡ−Ａ’方向の断面図である。
【図５】図５は、実施例１−２に係るＯＬＥＤパネルを示す外観図である。
【図６】図６は、実施例１−２に係るＯＬＥＤパネル４０のＢ−Ｂ’方向の断面図である。
【図７】図７は、低電流駆動によるＯＬＥＤ劣化の想定モデルを説明するための図である。
【図８】図８は、素子破壊について説明するための図である。
【図９】図９は、正常素子と不良素子の電流―電圧特性、及び電流―輝度特性を示すグラフである。
【図１０】図１０は、光学顕微鏡によるリーク発生箇所の観察結果を示す図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態に係る発光装置の外観図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態に係る表示装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る発光装置の回路図である。
発光装置１は、有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ：ＯＬＥＤ）１０と、ＯＬＥＤ１０を駆動する駆動回路と、該駆動回路を駆動する回路電源（Ｖｃｃ）とを備える。回路電源（Ｖｃｃ）は、例えば乾電池等のバッテリーを想定する。
【０００９】
図１に示す駆動回路は、定電流回路を構成している。特に本実施形態において、ＯＬＥＤ１０を駆動する駆動回路は、ＯＬＥＤ１０を駆動する電流（駆動電流）を監視し、該駆動電流の値が所定値を下回ったら駆動を強制的に停止するように構成される。
【００１０】
具体的には、回路電源（Ｖｃｃ）の正端子にはトランジスタＱ１のエミッタ端子が接続される。トランジスタＱ１のコレクタ端子はＯＬＥＤ１０の陽極（アノード）が接続される。ＯＬＥＤ１０の陰極（カソード）はトランジスタＱ２のコレクタ端子に接続される。トランジスタＱ２のエミッタ端子は抵抗器Ｒ１に接続される。抵抗器Ｒ１の他端は回路電源（Ｖｃｃ）の負端子に接続される。トランジスタＱ２のベース端子にはオペアンプ（差動増幅器）ＡＭＰ１の出力端子が接続される。オペアンプＡＭＰ１の非反転入力端子は抵抗器Ｒ２及びＲ３に接続される。オペアンプＡＭＰ１の反転入力端子はオペアンプＡＭＰ２の非反転入力端子に接続される。オペアンプＡＭＰ２の反転入力端子には抵抗器Ｒ４及びＲ５が接続される。オペアンプＡＭＰ２の出力端子は、トランジスタＱ３のベース端子に接続される。トランジスタＱ３のエミッタ端子は、抵抗器を介してトランジスタＱ１のベース端子に接続される。図１に示される駆動回路において、ＯＬＥＤ１０の駆動を停止する手段は、少なくとも、トランジスタＱ１、トランジスタＱ３、及びオペアンプＡＭＰ２を含む。
【００１１】
通常点灯時には、オペアンプＡＭＰ２の非反転入力端子に入力される基準電圧Ｖｒｅｆ２とＯＬＥＤ１０に流れる電流を検出する抵抗器Ｒ１の電圧とが等しくなるようにオペアンプＡＭＰ１が動作し、トランジスタＱ２の出力電流が一定に制御される。これは、定電流回路としての通常の動作であり、ＯＬＥＤ１０の端子間に駆動電流が供給される。
【００１２】
回路電源は例えば乾電池等のバッテリーを想定しており、その放電によって電源電圧Ｖｃｃが次第に低下する。電源電圧Ｖｃｃの低下に伴い、トランジスタＱ２のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥも徐々に低下する。最終的には、トランジスタＱ２は飽和領域に侵入し、完全にＯＮの状態となる。この時点から、当該駆動回路は電圧変動等に対する電流制御機能を失う。
【００１３】
電源電圧Ｖｃｃがさらに低下すると、ＯＬＥＤ１０を流れる電流も低下をはじめ、その出力電流を検出するための抵抗器Ｒ１の電圧が低下する。オペアンプＡＭＰ２は抵抗器Ｒ１の電圧を監視することによって電流を監視している。すなわち、オペアンプＡＭＰ２の非反転入力端子の電圧は抵抗器Ｒ１の電圧に等しく、オペアンプＡＭＰ２の反転入力端子の電圧は設定基準電圧Ｖｒｅｆ１に等しい。また、設定基準電圧Ｖｒｅｆ１は所定の下限電流に応じてあらかじめ設定される。この下限電流は、ＯＬＥＤ１０に流れてもよい電流の下限値、すなわち駆動電流の下限値に相当する。駆動電流の下限値を設定することについては後に詳しく説明する。
【００１４】
オペアンプＡＭＰ２は、非反転入力端子と反転入力端子の電位差に応じてＨｉｇｈ又はＬｏｗ信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）を出力する。抵抗器Ｒ１の電圧が設定基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回った時点でオペアンプＡＭＰ２はＬｏｗ信号を出力する。これによりトランジスタＱ３がＯＦＦし、さらにトランジスタＱ１がＯＦＦする。したがって、駆動回路全体がＯＦＦし、ＯＬＥＤ１０の駆動が停止される。
【００１５】
図１に示した構成はあくまで一例であって、当業者にとって自明な範囲において種々変形することが可能である。例えば、上記構成は、駆動電流の値が所定値を下回ったら駆動を強制的に停止する機能を駆動回路の内部に設けたものであるが、同機能を駆動回路の外部に設けてもよい。また、駆動回路の基本的な構成として定電流回路としたが、ＯＬＥＤ１０を定電圧駆動する構成としてもよい。すなわち、ＯＬＥＤ１０を駆動する駆動回路として定電圧回路を用い、ＯＬＥＤ１０を流れる電流を監視して所定電流以下となったら回路を強制停止する機能を設けてもよい。また、乾電池等のバッテリーから交流電源に切り替えて発光装置１を駆動可能な構成としてもよい。
【００１６】
ＯＬＥＤ１０の実施例を説明する。以下の実施例１−１は、ＯＬＥＤ１０を単一の有機電界発光素子によるＯＬＥＤパネルとしたものであり、実施例１−２は、ＯＬＥＤ１０を複数の有機電界発光素子が直列に接続されたＯＬＥＤパネルとしたものである。
【００１７】
＜実施例１−１＞
図２は、実施例１−１に係るＯＬＥＤパネルを示す外観図である。発光エリア２の端部には、ＯＬＥＤ１０を駆動するための第１の電極のパッド部２８及び第２の電極のパッド部２９が設けられる。第１の電極及び第２の電極は一対の電極であり、一方が陽極（アノード）であって他方が陰極（カソード）である。ここでは、第１の電極が陽極であり、第２の電極が陰極であるものとして説明するが、これらは逆であってもよい。素子基板２０は、封止基板２６を含む他の部材を支持するためのものであるため、その上に形成される層を保持できる程度の強度を有することが好ましい。素子基板２０の形状、構造、大きさ等について特に制限はなく、用途、目的等に応じて適宜選択することができる。基板２０の厚さは、その他の部材を支持するために十分な強度があれば、特に限定されない。
【００１８】
図３は、実施例１−１に係るＯＬＥＤパネルの断面図である。
【００１９】
本実施例において、素子基板２０には無アルカリガラス基板を用いた。素子基板２０の材料の具体的な例としては、透明又は半透明の石英ガラス、アルカリガラス及び無アルカリガラス等の透明ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリエート、ポリプロピレン、ポリエチレン、非晶質ポリオレフィン及びフッ素系樹脂等の透明樹脂からなる高分子フィルム、ならびに透明セラミックスが挙げられる。屈折率が１．６〜１．９程度の高屈折率ガラス基板、プラスチック基板等を用いてもよい。
【００２０】
素子基板２０の上に、膜厚１１０ｎｍのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層２１（第１の電極）を成膜し、さらに膜厚５０ｎｍのモリブデン（Ｍｏ）、膜厚６００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）及び膜厚５０ｎｍのＭｏを積層成膜した（Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ層２８）。ここで、ＩＴＯ層２１の膜厚はその抵抗値、平坦性、及び光取り出しの設計等から決定されるもので、素子設計によって異なる。また、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ層２８の各層の膜厚も同様に素子設計によって異なる。ここでは層２８としてＭｏ／Ａｌ／Ｍｏを用いたが、Ｍｏ：Ｎｂ／Ａｌ：Ｎｄ／Ｍｏ：Ｎｂなどの合金を用いてもよい。すなわち、モリブデンに代えてモリブデンとニオブの合金を用い、アルミニウムに代えてアルミニウムとネオジムの合金を用いてもよい。あるいは、モリブデン、アルミニウム及びモリブデンの層２８に代えて、チタン、アルミニウム及びチタンの層（Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ）としてもよい。層２８は必ずしも積層膜でなくてもよい。
【００２１】
素子基板２０とＩＴＯ層２１の間にシリコン窒化酸化膜（ＳｉＮ）などのバリア層や、散乱、屈折、回折などにより光取り出し効率を向上させる層を形成してもよい。さらに、ＩＴＯ層２１とＭｏ／Ａｌ／Ｍｏ層２８の積層順は逆であってもよい。
【００２２】
Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ層２８及びＩＴＯ層２１はフォトリソグラフィー法を用いてパターニングした。続いて、ノボラック系ポジ型レジストで絶縁層２２を形成した。ここで用いる絶縁層材料は水分の吸着が少なく、酸素プラズマ処理などの有機ＥＬ蒸着の前処理に対する耐性が強い方が望ましく、他のレジストや、ポリイミド、アクリルなどであってもよい。
【００２３】
ＵＶオゾン洗浄後、有機層２３を形成し、続いて膜厚１５０ｎｍのＡｌ陰極２４（第２の電極）を真空蒸着した。ここで、蒸着前に真空中や、窒素雰囲気のグローブボックス中でアニールして絶縁層２２が吸着している水分を蒸発させてもよい。さらに、蒸着前に酸素プラズマ処理やアルゴンプラズマ処理を行ってもよい。なお、酸素プラズマ処理やアルゴンプラズマ処理を行う場合、ＵＶオゾン洗浄処理は省略してもよい。
【００２４】
図４は、図３のＯＬＥＤパネルにおけるＡ−Ａ’方向の断面図であって、有機層２３の詳細を示している。有機層２３は、電子輸送層３２、励起子ブロック層３３、発光層３４、正孔輸送層３５、正孔注入層３６、などの複数の層を有しており、要求仕様に従って設計される。発光層３４は、燐光発光材料や蛍光発光材料を含む。また、電子注入層（ＬｉＦ）は、Ａｌ陰極２４に含まれるように示されている。各層の形成方法は真空蒸着法に限らず、インクジェット法や、スリットコーティング法、メニスカス塗布法、グラビア印刷法などの塗布法を用いてもよい。
【００２５】
Ａｌ陰極２４の蒸着後、大気暴露しないように窒素雰囲気のグローブボックスへ搬送し、ザグリを入れたガラス２６と貼り合せて封止した。シール材２７には紫外線硬化樹脂を用いた。封止方法は他の方法でもよく、例えばＳｉＮ膜などを用いる膜封止や、フリット封止などでもよい。
【００２６】
なお、図３において、２５は乾燥材（ゲッター）、３０は補助配線を示している。３１は、本実施例１−１に係るＯＬＥＤパネルの発光エリアである。
【００２７】
図示していないが、光取り出し効率を高めるために、素子基板２０の有機層２３を設けた面とは逆側の面にマイクロレンズシート（オプトメイト社製φ３０μｍのマイクロレンズアレイ）を貼付した。光取り出しシートとしては、散乱を使ったものなどでもよい。また、光取り出しシートを貼付する代わりにガラス基板を直接加工してもよい。
【００２８】
図３に示される第１及び第２の電極のパッド部２８，２９にハーネスを半田付けし、本実施例のＯＬＥＤパネルを図１に示した駆動回路と接続した。なお、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を用いてＯＬＥＤパネルと駆動回路とを接続してもよい。
【００２９】
＜実施例１−２＞
図５は、実施例１−２に係るＯＬＥＤパネルを示す外観図である。同図に示すように、ＯＬＥＤパネル４０は、複数の有機電界発光素子を直列に接続して一のＯＬＥＤパネルとしたものである。この実施例１−２では、４つの有機電界発光素子４０１〜４０４を直列に接続した。図６は、本実施例に係るＯＬＥＤパネル４０のＢ−Ｂ’方向の断面図である。複数の発光部４１〜４４（セグメント１〜４）は、有機電界発光素子４０１〜４０４に対応する。図１に示したＯＬＥＤ１０として、本実施例１−２に係るＯＬＥＤ４０を適用し、駆動回路において同ＯＬＥＤ４０を流れる電流を監視し、下限電流以下となったら駆動回路をＯＦＦにし、ＯＬＥＤ４０の駆動を停止する構成としてもよい。
【００３０】
発明者らは、ＯＬＥＤを低電流で駆動する場合に、リーク不良が発生することを見出した。以下、ＯＬＥＤ１０を低電流で駆動することによるリーク不良の問題について説明する。
【００３１】
図７は、低電流駆動によるＯＬＥＤ劣化の想定モデルを説明するための図である。図７（ａ）に示すように、有機層２３は第１の電極（のパッド部）２１及び第２の電極（のパッド部）２４に挟まれている。上述したように、第１の電極及び第２の電極は一対の電極であり、一方が陽極（アノード）であって他方が陰極（カソード）である。一般に、有機層２３は数１０〜数１００ｎｍ程度の薄膜である。図７（ｂ）に示すように、塵や埃等の異物５０が有機層２３に付着すると、異物５０は例えば矢印で示すようなリーク電流の要因となる。すなわち、有機層２３は薄膜であることから、第１の電極２８と第２の電極２９の間が異物５０によって容易に導通してしまい、短絡（ショート）不良が発生しやすい。ＯＬＥＤの面積がより拡大すると（大面積素子化）、製造過程等において異物の混入確率が上がってしまう。このことは、異物によってリーク電流が発生する「リークスポット」の数の増加を引き起こす。
【００３２】
ここで本実施形態では、低電流駆動によるＯＬＥＤの劣化を次のように想定する。すなわち、低電流（低電圧）領域において発光時に必要な電流と同オーダーのリーク電流パスが存在すると、有機電界発光素子に電圧が印加されず、リーク電流のみが流れる。一方、一定以上の電流（電圧）によってＯＬＥＤが駆動されれば、リーク電流パスが焼き切れるか、なんらかの理由で素子全体に電圧がかかり、リーク現象が消えて発光が始まる。
【００３３】
低電流駆動時にリーク電流のみが流れる場合、その原因となる異物等の箇所が発熱し、これにより素子が破壊される可能性がある。
【００３４】
図８は、素子破壊について説明するための図である。同図は、パネル全体の抵抗値の時間的変化をグラフによって示したものである。パネル全体の抵抗は、正常時の抵抗及び／又は不良箇所の抵抗から構成される。同図に示す（１）の時点で不良が発生したとする。これまで、パネルは全面でほぼ均一に発光していたところ、不良が発生すると、その箇所には比較的輝度の高い輝点が観察される。その後、（１）の時点までの正常時の抵抗は、電流上昇から温度上昇の正のフィードバックにより短絡に至る抵抗に変化し始める。そして（２）の時点から（３）までの短時間で不良箇所が短絡し、素子破壊に至って抵抗値が大幅に下がり、パネルは発光しなくなる。
【００３５】
本実施形態では、上述のように低電流駆動時のＯＬＥＤの劣化モデルを想定している。本願の発明者らによる具体的な試験結果（後述する）によると、３０ｍＡ以下の低電流で有機電界発光素子を駆動するとリーク現象が発生しやすいという現象が見出された。リーク要因が上述したように有機層に付着した異物等によるものであるとすると、このような現象は、ＯＬＥＤパネルの製造過程においてそのような異物等を完全に除去することができれば回避可能であるかもしれない。しかしながら、空気清浄度がそれほど高くないようなクリーンルーム等の低コスト設備によって例えば大型のＯＬＥＤパネルを製造するような場合には、異物等を完全に除去することが困難となり得る。
【００３６】
このような素子破壊を防止するための対策として、一定以上の電流（電圧）によってＯＬＥＤを駆動する。図１に示した構成において、ＯＬＥＤ１０の駆動電流は駆動回路において監視され、下限電流すなわち３０ｍＡを下回ったら、ＯＬＥＤ１０の駆動は停止される。これにより素子破壊を未然に防止することができる。上述したように、図１のように電源として乾電池を想定する場合、定電流回路を構成する駆動回路が乾電池により駆動され、ＯＬＥＤ１０は該駆動回路により駆動される。乾電池の出力電圧Ｖｃｃが低下すると、駆動回路は定電流を維持することができなくなり、駆動電流が徐々に低下する。このまま乾電池を交換することなく発光装置１０の使用を継続すると、ＯＬＥＤ１０が３０ｍＡより低い電流で駆動されることになり、リーク不良が発生し得る。ところが本実施形態では、駆動電流が下限電流すなわち３０ｍＡを下回ったら、ＯＬＥＤ１０の駆動が強制的に停止される。なお、下限電流としては、厳密に３０ｍＡに一致する必要はなく、所定の範囲を持たせて経験的に定めてもよい。すなわち、下限電流は、０ｍＡより大きく３０ｍＡ以下の値に適宜定めてもよい。
【００３７】
ここで、ＯＬＥＤを一定電圧（電流）以上で駆動することの意義を素子特性の測定結果に基づいて説明する。
正常素子と不良素子の電流―電圧特性、及び電流―輝度特性を図９に示す。図９のグラフにおいて、曲線Ｄは不良素子のものであり、曲線Ｎは正常素子のものである。図９（ａ）に示すように−５Ｖから＋１０Ｖまで電圧を掃引した場合、不良素子では数百ｍＡ／ｃｍ２程度の大きなリーク電流が流れてしまっている。しかし、参照符号Ｃ１に示すように＋８Ｖ辺りでリーク電流が減少し、正常素子とほぼ同等の電流、及び輝度（図９（ｃ）参照）を示すように変化している。
【００３８】
一方、図９（ｂ）に示すように＋１０Ｖから−５Ｖまで電圧を掃引した場合、正常素子とほぼ同等の電流、輝度を示していたものが、参照符号Ｃ２で示すように＋４Ｖ辺りで数百ｍＡ／ｃｍ２程度の大きなリーク電流が流れる不良素子特性に戻っている。図９（ｄ）から分かるようにこの時点で輝度は大幅に低下を始めている。このような挙動はクリーン度の低いクリーンルームで有機ＥＬ素子を作製した場合に散見される現象である。一般的な電子デバイスの場合、高電圧の場合の方がリーク等の不良は発生しやすい。しかし、クリーン度の低いクリーンルームで作製した有機ＥＬ素子では低電圧の方がリーク不良を発生しており、同じ素子でも高電圧になると正常素子と同等の特性を示していることから、有機ＥＬに特徴的な特性である。有機ＥＬ素子の電流電圧特性は非線形であり、発光しない低電圧では抵抗が非常に高い。ここで、異物やゴミを起因としたリーク箇所がある場合、リーク箇所以外の抵抗が高いためリーク箇所に電流が集中することになる。一方、有機ＥＬ素子の抵抗は発光と共に低下し、高輝度発光時には非常に小さくなる。この時、リーク箇所に比べて、リーク箇所以外の抵抗が低くなり、素子全体に電流が流れ正常素子と同等の特性を示すと考えられる。
【００３９】
発光しない程度から、低輝度で発光する程度の低電圧で駆動し続ける場合、リーク箇所に電流が流れ続けることになる。そうすると、ジュール熱によりリーク箇所の温度が上昇し、周辺の有機層などを変質させ、不可逆なリーク箇所に変化してしまう。有機ＥＬ素子は大きな面積を持つ素子であり、特に照明用途では数センチ角〜数十センチ角程度の大面積素子である。そのような大面積の素子に一つでも前記のようなリーク箇所があると不良品となり、歩留まりを著しく低下させる。また、原因となる異物やゴミを低減させるべくクリーンルームのクリーン度を高めるなどの対策をとる場合、製造コストが高くなってしまう。
【００４０】
これに対し本実施形態によれば、前記のような発光しない程度から、低輝度で発光する程度の低電圧で素子を駆動することをできるだけ避け、正常に動作する領域で使用することができる。したがって、多少の異物やゴミがある状態の素子でも良品として使用できるようになり、製造コストを低く抑えたままリーク不良を低減し、歩留まりを大幅に向上させることができる。
【００４１】
本実施形態では、ＯＬＥＤの駆動電流に下限を定めて駆動を強制停止することのほか、駆動電流の立ち上がり（及び／又は立ち下がり）の速さにも着目する。すなわち、駆動回路によりＯＬＥＤを駆動するための駆動電流が一定電流値（本実施形態では３０ｍＡ以上）まで立ち上がるのに要する時間を遅くとも２ミリ秒以内とすることが好ましい。同様に、消灯により同駆動電流が一定電流値（本実施形態では３０ｍＡ以上）からゼロに立ち下がるのに要する時間を遅くとも２ミリ秒以内とすることが好ましい。このような構成とすれば、ＯＬＥＤが低い電流で駆動されることによるリークの発生を抑え、素子破壊を防止することができる。なお、立ち上がり／立ち下り時間は、厳密に２ミリ秒である必要はなく、一定の幅をもってもよい。選定する部品コスト等の兼ね合いにもよるが、ほぼ２ミリ秒程度で動作するように高速に動作するよう駆動回路を構成することが好ましい。図１に示した本実施形態の構成において、トランジスタＱ１−Ｑ３及びオペアンプＡＭＰ１−２は、２ミリ秒以内で立ち上がり／立ち下がるように構成される。立ち上がり時間または立ち下り時間を２ミリ秒以内とすることにより、リーク電流による不良の発生を抑止することができる。
【００４２】
なお、従来の照明装置では、むしろ比較的時間かけて立ち上がる／立ち下がるようにするのが一般的である。すなわち、照明が一定時間をかけて緩やかに灯る、あるいは緩やかに消灯する方が好ましいとされている。また、製品コストとの兼ね合いから、照明装置においては駆動回路等に関してできるだけ低コストの部品が選定される。この場合、定電流回路の立ち上がり時間（立ち下り時間）は、一般的に長くなる。
【００４３】
以下、実施例１−２に示した直列接続素子による１５０ｍｍ径の半透過パネルを用い、点灯駆動の試験を行った結果を示す。試験時間を１０分とし、ＯＮ（１秒）−ＯＦＦ（１秒）の点灯駆動を行った。輝度は、ＢＭ−７の視野角２．０で測定した。駆動電流［ｍＡ］を変更した場合の輝度［ｃｄ／ｍ２］、実輝度［ｃｄ／ｍ］、合否を以下の表に示す。なお、駆動電流の立ち上がり時間は２ミリ秒とした。駆動電流が５．８ｍＡ、２２．６ｍＡという低駆動電流の場合にリーク電流が発生した（合が丸印、否が×印）。
【表１】
【００４４】
図１０に、リーク発生箇所を光学顕微鏡によって観察した結果を示す。同図（ａ）（ｂ）に示されるように、有機膜の破壊が観察された。これは、リーク電流の発生による電流集中によって素子部が加熱されたことによるものと考えられる。
【００４５】
図１１に、第１の実施形態に係る発光装置の外観図を示す。図１１（ａ）は本発光装置の表面図、同図（ｂ）は裏面図、同図（ｃ）は側面図である。同図において、１０１は発光領域、１０２は電源スイッチ、１０３はスタンド、１０４はねじ孔、１０５は電池収納部である。スタンド１０３は、ねじ孔１０４に差し込んで筐体を支持可能である。
【００４６】
（第２の実施形態）
有機電界発光素子の用途の例として、上述した発光装置のほかに、表示装置が挙げられる。図１２は、第２の実施形態に係る表示装置を示す回路図である。
図１２に示す表示装置８０は、横方向の制御線（ＣＬ）と縦方向の信号線（ＤＬ）がマトリックス状に配置された回路の中に、それぞれ画素８１を配置した構成をとる。画素８１には、有機電界発光素子８５及び有機電界発光素子８５に接続された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）８６が含まれる。ＴＦＴ８６の一方の端子は制御線に接続され、他方の端子は信号線に接続される。信号線は、信号線駆動回路８２に接続されている。また、制御線は、制御線駆動回路８３に接続されている。信号線駆動回路８２及び制御線駆動回路８３は、コントローラ８４により制御される。
【００４７】
有機電界発光素子８５を駆動する駆動電流を信号線駆動回路８２、制御線駆動回路８３及び／又はコントローラ８４により監視し、一定電流（例えば第１の実施形態のように３０ｍＡ）を下回った際に有機電界発光素子８５の駆動を停止する。
【００４８】
表示装置を駆動するバッテリーの電圧低下に伴い表示装置８０が低電流駆動されることによるリーク不良の発生を防止することができる。なお、第１の実施形態と同様に、本実施形態においても、駆動電流の立ち上がり／立ち下り時間を２ミリ秒以内とすることが好ましい。
【００４９】
以上説明した実施形態又は実施例によれば、リーク電流による不良の発生を抑止することができ、これにより装置寿命が損なわれることのない発光装置、表示装置、及び有機電界発光素子の駆動方法を提供することができる。
【００５０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
１…発光装置、Ｑ１−Ｑ３…トランジスタ、ＡＭＰ１，ＡＭＰ２…オペアンプ、Ｒ１−Ｒ５…抵抗器、１０…有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、前記第１の電極上に配置された発光層と、前記発光層上に配置された第２の電極とを具備する有機電界発光素子と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に駆動電流を供給することにより前記有機電界発光素子を駆動する駆動回路と、を具備し、
前記駆動電流が立ち上がる際に、前記駆動電流が低い状態である前記有機電界発光素子が発光しない程度から低輝度で発光する程度を含む低電圧領域を通過するのに要する時間、及び、前記駆動電流が立ち下がる際に、前記低電圧領域を通過するのに要する時間のうち少なくとも一方が高速となるように駆動回路が前記駆動電流を制御することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記有機電界発光素子はリーク電流が発生しうるスポットを有し、
前記駆動電流が立ち上がる際に、前記駆動電流が低い状態である前記有機電界発光素子が発光しない程度から低輝度で発光する程度を含む低電圧領域を通過するのに要する時間、及び、前記駆動電流が立ち下がる際に、前記低電圧領域を通過するのに要する時間の少なくとも一方が、前記スポットにリーク電流を発生させない程度に短いことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記駆動電流が立ち上がる際に、前記駆動電流が低い状態である前記有機電界発光素子が発光しない程度から低輝度で発光する程度を含む低電圧領域を通過するのに要する時間、及び、前記駆動電流が立ち下がる際に、前記低電圧領域を通過するのに要する時間の少なくとも一方は、２ミリ秒以内であることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の発光装置を用いた表示装置。
【請求項５】
第１の電極と、前記第１の電極上に配置された発光層と、前記発光層上に配置された第２の電極とを具備する有機電界発光素子の駆動方法であって、
前記駆動電流が立ち上がる際に、前記駆動電流が低い状態である前記有機電界発光素子が発光しない程度から低輝度で発光する程度を含む低電圧領域を通過するのに要する時間が早くなるように前記駆動電流を供給するステップ
を具備することを特徴とする有機電界発光素子の駆動方法。
【請求項６】
第１の電極と、前記第１の電極上に配置された発光層と、前記発光層上に配置された第２の電極とを具備する有機電界発光素子の駆動方法であって、
前記駆動電流を立ち上げて前記有機電界素子を発光させるステップと、
前記駆動電流が立ち下がる際に、前記低電圧領域を通過するのに要する時間が早くなるように前記駆動電流を供給するステップと、
を具備することを特徴とする有機電界発光素子の駆動方法。
【請求項１】
第１の電極と、前記第１の電極上に配置された発光層と、前記発光層上に配置された第２の電極とを具備する有機電界発光素子と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に駆動電流を供給することにより前記有機電界発光素子を駆動する駆動回路と、を具備し、
前記駆動電流が立ち上がる際に、前記駆動電流が低い状態である前記有機電界発光素子が発光しない程度から低輝度で発光する程度を含む低電圧領域を通過するのに要する時間、及び、前記駆動電流が立ち下がる際に、前記低電圧領域を通過するのに要する時間のうち少なくとも一方が高速となるように駆動回路が前記駆動電流を制御することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記有機電界発光素子はリーク電流が発生しうるスポットを有し、
前記駆動電流が立ち上がる際に、前記駆動電流が低い状態である前記有機電界発光素子が発光しない程度から低輝度で発光する程度を含む低電圧領域を通過するのに要する時間、及び、前記駆動電流が立ち下がる際に、前記低電圧領域を通過するのに要する時間の少なくとも一方が、前記スポットにリーク電流を発生させない程度に短いことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記駆動電流が立ち上がる際に、前記駆動電流が低い状態である前記有機電界発光素子が発光しない程度から低輝度で発光する程度を含む低電圧領域を通過するのに要する時間、及び、前記駆動電流が立ち下がる際に、前記低電圧領域を通過するのに要する時間の少なくとも一方は、２ミリ秒以内であることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の発光装置を用いた表示装置。
【請求項５】
第１の電極と、前記第１の電極上に配置された発光層と、前記発光層上に配置された第２の電極とを具備する有機電界発光素子の駆動方法であって、
前記駆動電流が立ち上がる際に、前記駆動電流が低い状態である前記有機電界発光素子が発光しない程度から低輝度で発光する程度を含む低電圧領域を通過するのに要する時間が早くなるように前記駆動電流を供給するステップ
を具備することを特徴とする有機電界発光素子の駆動方法。
【請求項６】
第１の電極と、前記第１の電極上に配置された発光層と、前記発光層上に配置された第２の電極とを具備する有機電界発光素子の駆動方法であって、
前記駆動電流を立ち上げて前記有機電界素子を発光させるステップと、
前記駆動電流が立ち下がる際に、前記低電圧領域を通過するのに要する時間が早くなるように前記駆動電流を供給するステップと、
を具備することを特徴とする有機電界発光素子の駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２４７７７４（Ｐ２０１２−２４７７７４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１０４６３５（Ｐ２０１２−１０４６３５）
【出願日】平成２４年５月１日（２０１２．５．１）
【分割の表示】特願２０１１−１１９４５９（Ｐ２０１１−１１９４５９）の分割
【原出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００３７５７）東芝ライテック株式会社 (2,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月１日（２０１２．５．１）
【分割の表示】特願２０１１−１１９４５９（Ｐ２０１１−１１９４５９）の分割
【原出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００３７５７）東芝ライテック株式会社 (2,710)
【Ｆターム（参考）】
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