発光装置およびその放熱方法
【課題】電流供給量が多く、かつ寿命の長い発光装置およびその放熱方法を提供する。
【解決手段】透光性を有する円筒管１の内周側に、透明陽極層１２ｂと、有機物層ＯＬと、陰極層１２ｇとが順に形成されている。封止部材１１０ａ、１１０ｂは、有機ＥＬ素子１２を含む領域を気密に封止するように円筒管１に取り付けられている。ヒートパイプ２１は、気密に封止された空間内で陰極層１２ｇの内周側から封止部材１１０ａ、１１０ｂへ延びるように配置され、かつ有機ＥＬ素子１２で生じた熱を封止部材１１０ａ、１１０ｂに伝えるよう構成されている。
【解決手段】透光性を有する円筒管１の内周側に、透明陽極層１２ｂと、有機物層ＯＬと、陰極層１２ｇとが順に形成されている。封止部材１１０ａ、１１０ｂは、有機ＥＬ素子１２を含む領域を気密に封止するように円筒管１に取り付けられている。ヒートパイプ２１は、気密に封止された空間内で陰極層１２ｇの内周側から封止部材１１０ａ、１１０ｂへ延びるように配置され、かつ有機ＥＬ素子１２で生じた熱を封止部材１１０ａ、１１０ｂに伝えるよう構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置およびその放熱方法に関し、特に、発光可能な有機物層を含む発光装置およびその放熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子が形成された円筒型の面発光デバイスが提案されている。たとえば特開２００７−７３４０３号公報（特許文献１）によれば、面発光デバイスは、円筒形状の透明基材（管）と、この透明基材に形成された有機ＥＬ素子とを有している。
【０００３】
また、たとえば特開２００３−１４２２５２号公報（特許文献２）には、筒状の非透湿性透明基板（管）と、この内周面に形成された有機ＥＬ素子とを備えている管状発光装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−７３４０３号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記２つの公報に記載の発光デバイスでは、輝度を上げるために有機ＥＬ素子に流す電流を増やすと、ジュール熱によって有機ＥＬ素子が発生する熱量が大きくなる。これにより、発光デバイスの発光効率の低下や有機ＥＬ素子の劣化による寿命の減少が生じるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流供給量が多く、かつ寿命の長い発光装置およびその放熱方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発光装置は、管と、第１電極層と、有機物層と、第２電極層と、封止部材と、熱伝導部材とを備えている。管は透光性を有している。第１電極層は、管の内周側に配置されており、透光性を有している。有機物層は、第１電極層の内周側に形成され、かつ電圧が印加されることにより発光可能である。第２電極層は有機物層の内周側に形成されている。封止部材は、第１電極層と有機物層と第２電極層とを含む有機発光素子を含む領域を気密に封止するように管に取り付けられている。熱伝導部材は、気密に封止された空間内で第２電極層の内周側に配置され、かつ有機発光素子で生じた熱を封止部材に伝えるよう構成されている。
【０００８】
本発明の発光装置によれば、有機発光素子に電流を供給すると、第１電極層と、有機物層と、第２電極層との各電気抵抗によって有機発光素子が発熱する。この有機発光素子から生じた熱は熱伝導部材を通じて封止部材に伝えられ、封止部材から気密に封止された空間の外部へ放出される。
【０００９】
これにより有機発光素子から生じた熱を、管越しに放熱するよりも効率よく外部へ放出することが可能となるため、発光装置の発光効率の低下や有機発光素子の劣化による寿命の減少を抑制することができる。また有機発光素子への電流供給量を多くできるため、発光装置の輝度を上げることができる。
【００１０】
上記の発光装置において好ましくは、有機発光素子の内周側において有機発光素子と熱伝導部材との間に配置され、かつ有機発光素子で生じた熱により蒸発可能な作動流体を含む多孔質体がさらに備えられている。
【００１１】
これにより、多孔質体に含まれる作動流体を介して、有機発光素子で生じた熱を熱伝導部材に伝えることができる。つまり、有機発光素子で生じた熱から気化熱を得ることによって作動流体が蒸発し、この蒸発した作動流体の蒸気が多孔質内を移動して熱伝導部材に達して、熱伝導部材に熱を与えて液化する。このようにして作動流体から伝えられた熱が、熱伝導部材を通じて封止部材から気密に封止された空間の外へ放熱される。
【００１２】
上記の発光装置において好ましくは、熱伝導部材はヒートパイプである。
これにより、ヒートパイプ現象を利用することで、さらに放熱特性を高めることができる。
【００１３】
上記の発光装置において好ましくは、熱伝導部材は、毛細管作用を有する液体供給部材と、その液体供給部材の毛細管作用によって移動可能でかつ有機発光素子で生じた熱により蒸発可能な作動流体とを含む。
【００１４】
これにより、作動流体を介して、有機発光素子で生じた熱を封止部材に伝えることができる。つまり、有機発光素子で生じた熱から気化熱を得ることによって作動流体が蒸発し、この蒸発した作動流体の蒸気が封止部材に達して、封止部材に熱を与えて液化する。このようにして作動流体から伝えられた熱が封止部材から気密に封止された空間の外へ放熱される。
【００１５】
上記の発光装置において好ましくは、有機発光素子が形成された表面を有する可撓性フィルムがさらに備えられており、その可撓性フィルムは管の内周側に配置されている。
【００１６】
このように可撓性フィルムを用いて、その可撓性フィルムの屈折率を適切に設定することにより発光装置における発光光の取り出し効率を高めることができる。
【００１７】
上記の発光装置において好ましくは、可撓性フィルムは湾曲させた状態でその管の内周側に装着されている。
【００１８】
このように可撓性フィルムを湾曲させて管の内周側に配置することにより、製造における自由度が高くなる。
【００１９】
本発明の一の発光装置の放熱方法は、上記の発光装置の放熱方法であって、以下の工程を備えている。
【００２０】
有機発光素子で生じた熱から気化熱を得ることによって作動流体が蒸発する。蒸発した作動流体の蒸気が多孔質体内を熱伝導部材へ移動する。熱伝導部材に達した作動流体の蒸気が熱伝導部材に熱を伝えて液化する。作動流体から伝えられた熱が、熱伝導部材を通じて、気密に封止された空間の外へ放熱される。
【００２１】
本発明の他の発光装置の放熱方法は、上記の発光装置の放熱方法であって、以下の工程を備えている。
【００２２】
液体供給部材が毛細管作用によって作動流体を有機発光素子に供給する。有機発光素子で生じた熱から気化熱を得ることによって作動流体が蒸発する。蒸発した作動流体の蒸気が封止部材へ移動する。封止部材に達した作動流体の蒸気が封止部材に熱を伝えて液化する。作動流体から伝えられた熱が、封止部材を通じて、気密に封止された空間の外へ放熱される。作動流体が封止部材で冷却されて液化し、液化した作動流体が液体供給部材によって再び有機発光素子に供給することで循環しながら放熱する。
【００２３】
本発明の一および他の発光装置の放熱方法によれば、有機発光素子で生じた熱を、管越しに放熱するよりも効率よく外部へ放出することが可能となるため、発光装置の発光効率の低下や有機発光素子の劣化による寿命の減少を抑制することができる。また有機発光素子への電流供給量を多くできるため、発光装置の輝度を上げることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明によれば、電流供給量が多く、かつ寿命の長い発光装置およびその放熱方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態における発光装置の構成を概略的に示す外観図であり、（Ａ）が側面図であり、（Ｂ）が正面図である。
【図２】図１（Ｂ）におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】比較例の構成を示す図１（Ｂ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面に対応する断面図であって、本発明の一実施の形態の放熱装置を使用しない発光装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態における発光装置の製造方法を示す斜視図であって、フレキシブル基板に有機ＥＬ素子を形成する工程（Ａ）と、そのフレキシブル基板を湾曲させて円筒体内に装着する工程（Ｂ）とを示す斜視図である。
【図５】図４に示す方法で製造された、湾曲させたフレキシブル基板を内部に装着された円筒管の構成を概略的に示す断面図である。
【図６】円筒管の内周面に湾曲させたフレキシブル基板が装着された発光装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図７】円筒管の内周面に湾曲させたフレキシブル基板が複数積層された発光装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図８】放熱装置として毛細管現象を使って作動流体を蒸発させる液体供給部材を用いた発光装置の構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
はじめに本実施の形態の発光装置の構成について説明する。
図１および図２を参照して、本実施の形態の有機ＥＬ発光装置１３０は、円筒管１（管）と、有機ＥＬ素子（有機発光素子）１２と、封止部１１０と、電極１１２ａ、１１２ｂと、配線１１３ａ、１１３ｂと、吸水性スポンジ（多孔質体）２０と、ヒートパイプ（熱伝導部材）２１と、放熱フィン２２とを主に有している。
【００２７】
円筒管１は、長さ方向（図２中の仮想線ＬＤの方向）に延びる空洞部を有する透光性の管である。より具体的には円筒管１は、たとえばソーダ石灰ガラスにより形成された、直径５０ｍｍ、長さ５４０ｍｍ、厚さ１ｍｍの管である。
【００２８】
有機ＥＬ素子１２は、円筒管１の内面上に順に形成された、保護層１２ａと、透明陽極層（第１電極層）１２ｂと、有機物層ＯＬと、陰極層（第２電極層）１２ｇとを有している。有機物層ＯＬは、第１〜第４の層１２ｃ〜１２ｆを有している。保護層１２ａと、透明陽極層１２ｂと、有機物層ＯＬと、陰極層１２ｇとは、円筒管１の中心線（図２中の仮想線ＬＤ）に対して同心円状に配置されている。
【００２９】
保護層１２ａは、アルカリ金属イオンの移動を防止する機能を有している。よって円筒管１の材質にソーダ石灰ガラスなどのアルカリ金属イオンを含む材質が用いられても、円筒管１から透明陽極層１２ｂへアルカリ金属イオンが移動することが防止される。保護層１２ａは、たとえば酸化シリコン（ＳｉＯ2）により形成された厚さ１０ｎｍの層である。
【００３０】
透明陽極層１２ｂは、透光性を有しており、かつ有機ＥＬ素子１２の陽極としての機能を有している。透明陽極層１２ｂは、導電性の酸化物層であり、たとえば酸化インジウム錫（ＩＴＯ(Tin doped Indium Oxide)）により形成された厚さ１μｍの層である。
【００３１】
有機物層ＯＬの第１の層１２ｃは、たとえば下記の式（１）に示す有機材料（ＮＰＤ）から形成された厚さ４０ｎｍの層である。
【００３２】
【化１】
【００３３】
有機物層ＯＬの第２の層１２ｄは、たとえば、下記の式（２）に示す有機材料（Ｚｎｂｏｘ２）を主成分とし、かつ下記の式（３）に示すペリレン（Ｃ20Ｈ12）により１．５重量％のドーピングがなされた、厚さ７ｎｍの層である。
【００３４】
【化２】
【００３５】
【化３】
【００３６】
有機物層ＯＬの第３の層１２ｅは、たとえば、上記の式（２）に示す有機材料（Ｚｎｂｏｘ２）を主成分とし、かつ下記の式（４）に示す有機材料（ＤＣＭ１）により０．２５重量％のドーピングがなされた、厚さ２３ｎｍの層である。
【００３７】
【化４】
【００３８】
有機物層ＯＬの第４の層１２ｆは、たとえば、上記の式（２）に示す有機材料（Ｚｎｂｏｘ２）から形成された、厚さ３０ｎｍの層である。
【００３９】
なお上記の第１の層１２ｃはホール輸送層としての機能を有し、第４の層１２ｆは電子輸送層としての機能を有している。また第２の層１２ｄおよび第３の層１２ｅのそれぞれは、ドーパント色素としてペリレンおよびＤＣＭ１を含有することにより、発光層としての機能を有している。第２の層１２ｄおよび第３の層１２ｅのそれぞれにおいて青色およびオレンジ色の発光が生じ、これら２色の光が混合することで白色の光が得られる。
【００４０】
陰極層１２ｇは、有機ＥＬ素子１２の陰極としての機能を有している。陰極層１２ｇは、金属層であり、たとえばアルミニウムにより形成された厚さ０．５μｍの層である。
【００４１】
なお有機ＥＬ素子１２上の領域のうち円筒管１の長さ方向の両端側の領域は、陰極層１２ｇが形成されていない領域であるショート防止用スペースＳＰとなっている。ショート防止用スペースＳＰが設けられていることにより、陰極層１２ｇと透明陽極層１２ｂとが有機ＥＬ素子１２の端部において短絡することが防止されている。
【００４２】
封止部１１０は、円筒管１の内部空間を気密に封止している。これにより、透明陽極層１２ｂと有機物層ＯＬと陰極層１２ｇとを有する有機発光素子を含む領域が気密に封止されている。また気密に封止された円筒管１の内部には、不活性ガスＩＧとして、たとえば０．５気圧で窒素ガスが封入されている。
【００４３】
封止部１１０は、封止部材１１０ａ、１１０ｂ、およびＯリング１２４ａ、１２４ｂを有している。封止部材１１０ａ、１１０ｂには、放熱特性の良い材料が使用されることが好ましい。封止部材１１０ａ、１１０ｂのそれぞれを貫通して有機ＥＬ発光装置１３０の外部に向かって突出するように、封止部材１１０ａ、１１０ｂのそれぞれに電極１１２ａ、１１２ｂが配置されている。
【００４４】
配線１１３ａの一端は透明陽極層１２ｂに電気的に接続されており、配線１１３ａの他端は電極１１２ａに電気的に接続されている。配線１１３ｂの一端は陰極層１２ｇに電気的に接続されており、配線１１３ｂの他端は電極１１２ｂに電気的に接続されている。
【００４５】
また封止部材１１０ａ、１１０ｂのそれぞれには、乾燥剤１２７ａ、１２７ｂが配置されている。封止部材１１０ａおよび１１０ｂのそれぞれは、円筒管１の両端に、Ｏリング１２４ａ、１２４ｂにより着脱可能に固定されている。
【００４６】
封止部材１１０ａ、１１０ｂの材質は、たとえばガラスまたはアルミニウムである。各Ｏリング１２４ａ、１２４ｂは、たとえばエラストマーからなり、エラストマーの復元力により封止部材１１０ａ、１１０ｂと、円筒管１とに密着されている。なおＯリング１２４ａ、１２４ｂによる封止をより確実にするため、封止部１１０にＯリング１２４ａ、１２４ｂを締め付けるためのネジが取り付けられてもよい。
【００４７】
吸水性スポンジ２０とヒートパイプ２１と放熱フィン２２とを有する放熱装置が有機ＥＬ発光装置１３０に含まれている。これにより、有機ＥＬ素子１２で生じた熱を効率的に装置１３０の外部に放出することが可能となる。
【００４８】
吸水性スポンジ２０は、有機ＥＬ素子１２の内周側に配置されている。この吸水性スポンジ２０は、微細な連続気孔をもった絶縁性の多孔質体よりなっている。吸水性スポンジ２０は、たとえば気孔径２５μｍ、気孔率８３％、保水率４００％の連続多孔質体よりなっており、孔内に作動流体を吸水している。この作動流体は、有機ＥＬ素子１２で生じた熱により蒸発可能であり、たとえば沸点が５０℃程度で有機物層ＯＬと無反応な絶縁性の有機化合物の液体である。作動流体は、たとえば沸点６５℃の液体（メタノール）または沸点５６℃の液体（フロリナートＦＣ−７２）よりなっている。
【００４９】
ヒートパイプ２１は、気密に封止された円筒管１の内部空間内で有機ＥＬ素子１２の内周側から封止部材１１０ａ、１１０ｂへ延びるように配置されている。またヒートパイプ２１は、有機ＥＬ素子１２の内周側で吸水性スポンジ２０に接するように配置されている。これにより、ヒートパイプ２１は有機ＥＬ素子１２で生じた熱を封止部材１１０ａ、１１０ｂに伝導可能に構成されている。またヒートパイプ２１は、銅の１０倍の熱伝導率を有する材質よりなっている。
【００５０】
放熱フィン２２は、封止部材１１０ａ、１１０ｂの外周に取り付けられており、ヒートパイプ２１および封止部材１１０ａ、１１０ｂに熱的に接続されている。これにより、ヒートパイプ２１および封止部材１１０ａ、１１０ｂの熱を放熱フィン２２に伝えて、その放熱フィン２２から有機ＥＬ発光装置１３０の外部へ放出することができる。
【００５１】
なお放熱フィン２２がなくても封止部材１１０ａ、１１０ｂの外周から有機ＥＬ発光装置１３０の外部へ熱を放出することは可能であるが、放熱フィン２２を設けることによって、放熱面積を増加させることができるため、より効率的に有機ＥＬ発光装置１３０の外部へ熱を放出することが可能となる。
【００５２】
次に、本実施の形態の発光装置における発光と放熱方法とについて説明する。
円筒管１の封止領域の外に露出した電極１１２ａと電極１１２ｂとの間に電圧が印加されることで、透明陽極層１２ｂと陰極層１２ｇとの間に電圧が印加される。この電圧により透明陽極層１２ｂから陰極層１２ｇに向かって電流が流れ上記発光層における発光が生じる。
【００５３】
電流が流れることにより有機ＥＬ素子１２からジュール熱が発生する。発生した熱は円筒管１を伝わって外気に放熱されると同時に、陰極層１２ｇに接触した吸水性スポンジ２０の孔内の作動流体にも伝わる。
【００５４】
次に、陰極層１２ｇが５０℃程度になると、吸水性スポンジ２０の孔内の作動流体が蒸発し陰極層１２ｇから気化熱として熱を奪う。作動流体は気化することにより圧力が高まるため、その蒸気は吸水性スポンジ２０の孔を伝って吸水性スポンジ２０内の圧力の低い内周側へ移動する。これにより、作動流体の蒸気は吸水性スポンジ２０の内部の孔内に拡散し、ヒートパイプ２１に接触することで冷却されて凝縮・液化して液体に戻る。液化した作動流体は吸水性スポンジ２０の内部に毛細管現象で拡散し、再び陰極層１２ｇに接触する。作動流体はこのサイクルを繰り返す。
【００５５】
次に、作動流体の蒸気はヒートパイプ２１に接触して液化したときに熱エネルギーを潜熱として放出して、その潜熱をヒートパイプ２１に伝える。蒸発に伴う潜熱はきわめて大きく、銅パイプの数十倍の熱輸送能力をもつ。このヒートパイプ２１は、銅の１０倍の熱伝導率で封止部材１１０ａ、１１０ｂの外側に設置された放熱フィン２２に熱を伝える。
【００５６】
次に、放熱フィン２２から外気に熱が伝わる。上記の工程により透明陽極層１２ｂと有機ＥＬ素子１２とで発生した熱は、外気に放出される。
【００５７】
次に、本実施の形態の作用効果について比較例と対比して説明する。
図３を参照して、比較例の有機ＥＬ発光装置１３０Ａは、図２に示す本実施の形態の構成から放熱装置（吸水性スポンジ２０、ヒートパイプ２１、放熱フィン２２）を省略した構成を有している。なお、これ以外の比較例の構成は、図２に示す本実施の形態の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５８】
図３に示す比較例の構成では、有機ＥＬ素子１２で発生した熱は、主に円筒管１を通じて有機ＥＬ発光装置１３０Ａの外部へ放出される。しかし、この円筒管１には透光性が要求されるため、円筒管１の熱伝導率を高くするには制限があり放熱特性が悪い。また円筒管１の内部の不活性ガスＩＧ（たとえば窒素ガス）を伝わって封止部材１１０ａ、１１０ｂから外気に放熱する場合には、窒素ガスの熱伝導率も小さいので放熱特性が悪い。
【００５９】
このため図３の比較例の構成では、有機ＥＬ素子１２で発生した熱を外部へ効率よく放熱することが難しい。よって、輝度を上げるために有機ＥＬ素子１２に流す電流を増やすと、有機ＥＬ素子１２がジュール熱によって発生する熱量が大きくなって、有機物層ＯＬの温度が上昇する。この有機物層ＯＬの温度が１００℃に達すると有機ＥＬ素子１２の劣化が生じ、有機ＥＬ発光装置１３０Ａの発光効率の低下や有機ＥＬ素子１２の劣化による寿命の減少が生じる。
【００６０】
これに対して本実施の形態によれば、上述したように放熱装置（吸水性スポンジ２０、ヒートパイプ２１、放熱フィン２２）を用いて有機ＥＬ素子１２で発生した熱を有機ＥＬ発光装置１３０Ａの外部へ放出することができる。この放熱装置は有機ＥＬ素子１２の内周側などに位置しており、透光性を要求されないため、熱伝導率の高い材質で構成することができる。これにより、有機ＥＬ素子１２で発生した熱を、円筒管１越しに放熱するよりも効率よく有機ＥＬ発光装置１３０の外部へ放出することが可能となる。このため、有機ＥＬ素子１２に流す電流を増やしても有機ＥＬ素子１２の温度の上昇を抑制することができ、有機ＥＬ素子１２の温度をたとえば５０℃程度に保つことができる。よって、有機ＥＬ発光装置１３０の発光効率の低下や有機ＥＬ素子１２の劣化による寿命の減少を抑制することができる。また有機ＥＬ素子１２への電流供給量を多くできるため、有機ＥＬ発光装置１３０の輝度を上げることができる。
【００６１】
具体的には、円筒管１にガラス管を使用した場合、円筒管１の熱伝導率は１．５Ｗ／ｍＫ程度となる。一方、本実施の形態の放熱装置（吸水性スポンジ２０、ヒートパイプ２１、放熱フィン２２）の熱伝導率は４５００Ｗ／ｍＫ程度であるので、ガラス管に対して３０００倍の熱伝導率となる。
【００６２】
また円筒管１の厚さが１ｍｍ、長さ１０００ｍｍの発光装置の場合、ヒートパイプ２１は両端に設置しているので長さは５００ｍｍ程度となる。このため、本実施の形態の放熱装置（吸水性スポンジ２０、ヒートパイプ２１、放熱フィン２２）の熱伝導量はガラス管に対して６倍となる。
【００６３】
また本実施の形態によれば、吸水性スポンジ２０に含まれる作動流体を介して、有機ＥＬ素子１２から生じた熱をヒートパイプ２１に伝えることができる。つまり、有機ＥＬ素子１２で生じた熱から気化熱を得ることによって作動流体が蒸発し、この蒸発した作動流体の蒸気が吸水性スポンジ２０の孔内を移動してヒートパイプ２１に達して、ヒートパイプ２１に熱を与えて液化する。このようにして作動流体から伝えられた熱が、ヒートパイプ２１を通じて封止部材１１０ａ、１１０ｂおよび放熱フィン２２から有機ＥＬ発光装置１３０Ａの外へ放熱される。
【００６４】
また本実施の形態によれば、ヒートパイプ２１が用いられているため、ヒートパイプ現象を利用することで、さらに放熱特性を高めることができる。
【００６５】
また本実施の形態によれば、封止部材１１０ａ、１１０ｂのそれぞれの外周に設けた放熱フィン２２により放熱面積を大きくできるため、放熱をより効率的に行なうことができる。
【００６６】
上記の有機ＥＬ発光装置１３０においては、有機ＥＬ素子１２がフレキシブル基板１１５上に形成されてもよい。以下、その内容について説明する。
【００６７】
図４（Ａ）を参照して、まずフレキシブル基板（可撓性フィルム）１１５が、たとえば透光性を有する厚さ７５μｍのＰＥＮ（Poly （ethylene naphthalate））フィルムから準備される。このフレキシブル基板１１５上に有機ＥＬ素子１２が形成される。この有機ＥＬ素子１２は、たとえば図２に示す透明陽極層（第１電極層）１２ｂと、有機物層ＯＬと、陰極層（第２電極層）１２ｇとから構成される。
【００６８】
図４（Ｂ）を参照して、この後、たとえばフレキシブル基板１１５が外周側、有機ＥＬ素子１２が内周側となるようにフレキシブル基板１１５が湾曲させられる。湾曲されたフレキシブル基板１１５は円筒管１内面に装着される。この状態の円筒管１内の構成は、図５に示すような構成となっている。つまり、円筒管１の内周面にフレキシブル基板１１５を介在して有機ＥＬ素子１２が配置されている。
【００６９】
なお図２に示す保護層１２ａは、図５に示す構成において円筒管１とフレキシブル基板１１５との間、またはフレキシブル基板１１５と透明陽極層１２ｂとの間に形成されていてもよいが、省略されてもよい。
【００７０】
この後、図６を参照して、放熱装置（吸水性スポンジ２０、ヒートパイプ２１、放熱フィン２２）などが円筒管１に取り付けられて有機ＥＬ発光装置１３０が製造される。
【００７１】
上記のようにフレキシブル基板１１５を用いた場合には、フレキシブル基板１１５の屈折率を適切に設定することにより有機ＥＬ発光装置１３０における光の取り出し効率を高めることができる。
【００７２】
また図７に示すように、フレキシブル基板１１５、透明陽極層１２ｂ、有機物層ＯＬおよび陰極層１２ｇの積層体が複数（たとえば２層）積層されていてもよい。この場合、配線１１３ａは、補助電極１１４により外周側と内周側との双方の透明陽極層１２ｂに電気的に接続されている。また配線１１３ｂは、補助電極１１４により外周側と内周側との双方の陰極層１２ｇに電気的に接続されている。
【００７３】
また内周側有機ＥＬ素子１２の発光光の装置外への取り出し効率を高めるため、外周側の有機ＥＬ素子１２に含まれる陰極層１２ｇは透光性を有していることが好ましく、たとえば酸化インジウム錫などよりなっていることが好ましい。
【００７４】
なお、図７の上記以外の構成は図６に示す構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７５】
上記の有機ＥＬ発光装置１３０においては、ヒートパイプ２１の代わりに金属が用いられてもよく、また吸水性スポンジ２０と作動流体との代わりに絶縁性の熱伝導素材が用いられてもよい。また放熱フィン２２ではなく電極１１２ａ、１１２ｂを用いて、ケーブルに熱を逃がすような構成が採用されてもよい。また放熱フィン２２ではなく照明器具の筐体を使って熱を逃がすような構成が採用されてもよい。
【００７６】
また円筒管１について説明したが、円筒管１の形状は円筒状でなくともよく、筒状（管）であればよい。また円筒管１は長さ方向の両端が開口した構成について説明したが、円筒管１の長さ方向の一方端のみが開口し、その一方端の開口部のみを封止するように封止部１１０が設けられていてもよい。また透明陽極層１２ｂが外周側で、陰極層１２ｇが内周側の場合について説明したが、透明陽極層１２ｂが内周側で、陰極層１２ｇが外周側であってもよい。ただし、この場合、少なくとも外周側の電極は透光性を有する材質である必要がある。
【００７７】
また熱伝導部材として、図８に示すように毛細管作用を有する液体供給部材２０ａと、液体供給部材の毛細管現象によって移動可能な作動流体とが用いられてもよい。この液体供給部材２０ａは、毛細管作用によって作動流体を移動可能とし、その移動によって作動流体を有機発光素子に供給するためのものである。この液体供給部材２０ａは、たとえば網線（メッシュ体）により構成されるウィックである。この液体供給部材２０ａは、有機ＥＬ素子１２の内周側に配置されている。熱伝導部材として上記の液体供給部材２０ａと作動流体とを用いる場合には、図２に示す吸水性スポンジ２０やヒートパイプ２１は無くてもよい。
【００７８】
この図８に示す構造においては、封止部材１１０ａ、１１０ｂの各外周面と円筒管１の内周面との間にＯリング１２４ａ、１２４ｂが配置されている。乾燥剤１２７ａは封止部材１１０ａと配線１１３ａとの間の領域に配置されており、乾燥剤１２７ｂは封止部材１１０ｂと配線１１３ｂとの間の領域に配置されている。
【００７９】
なお、図８の上記以外の構成は図２に示す構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８０】
次に、図８に示す発光装置における発光と放熱方法とについて説明する。
円筒管１の封止領域の外に露出した電極１１２ａと電極１１２ｂとの間に電圧が印加されることで、有機ＥＬ素子１２から発光が生じるとともにジュール熱が発生する。発生した熱は円筒管１を伝わって外気に放熱されると同時に、液体供給部材２０ａの作動流体（たとえばウィックを濡らす作動流体）にも伝わる。
【００８１】
これにより作動流体が所定の温度になると蒸発し、気化熱として有機ＥＬ素子１２から熱を奪う。作動流体は気化することにより圧力が高まるため、円筒管１内の圧力の低い方へ移動する。これにより、作動流体の蒸気は円筒管１内に拡散して封止部材１１０ａ、１１０ｂへ移動し、封止部材１１０ａ、１１０ｂに接触することで冷却されて凝縮・液化して液体に戻る。液化した作動流体は液体供給部材２０ａを濡らし、毛細管現象によって長手方向の端部側から中央部側へ移動する。作動流体はこのサイクルを繰り返す。
【００８２】
次に、作動流体の蒸気は封止部材１１０ａ、１１０ｂに接触して液化したときに熱エネルギーを潜熱として放出して、その潜熱を封止部材１１０ａ、１１０ｂに伝える。封止部材１１０ａ、１１０ｂに伝えられた熱は、封止部材１１０ａ、１１０ｂから外気に放出される。上記の工程により有機ＥＬ素子１２で発生した熱は、外気に放出される。
【００８３】
上記の液体供給部材２０ａは網線に限定されるものではなく、多孔体などの毛細管作用を有する材料であればよい。
【００８４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、管の内面に形成された有機ＥＬ素子を含む発光装置およびその放熱方法に関するもので、特に照明器具に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００８６】
１ 円筒管、１２ 有機ＥＬ素子、１２ａ 保護層、１２ｂ 透明陽極層、１２ｃ〜１２ｆ 第１〜第４の層、１２ｇ 陰極層、２０ 吸水性スポンジ、２０ａ 液体供給部材、２１ ヒートパイプ、２２ 放熱フィン、１１０ａ，１１０ｂ 封止部材、１１２ａ，１１２ｂ 電極、１１３ａ，１１３ｂ 配線、１１５ フレキシブル基板、１２４ シール材、１２４ａ、１２４ｂ Ｏリング、１２７ａ、１２７ｂ 乾燥剤、１３０ 有機ＥＬ発光装置、ＩＧ 不活性ガス、ＯＬ 有機物層、ＳＰ ショート防止用スペース。
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置およびその放熱方法に関し、特に、発光可能な有機物層を含む発光装置およびその放熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子が形成された円筒型の面発光デバイスが提案されている。たとえば特開２００７−７３４０３号公報（特許文献１）によれば、面発光デバイスは、円筒形状の透明基材（管）と、この透明基材に形成された有機ＥＬ素子とを有している。
【０００３】
また、たとえば特開２００３−１４２２５２号公報（特許文献２）には、筒状の非透湿性透明基板（管）と、この内周面に形成された有機ＥＬ素子とを備えている管状発光装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−７３４０３号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２２５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記２つの公報に記載の発光デバイスでは、輝度を上げるために有機ＥＬ素子に流す電流を増やすと、ジュール熱によって有機ＥＬ素子が発生する熱量が大きくなる。これにより、発光デバイスの発光効率の低下や有機ＥＬ素子の劣化による寿命の減少が生じるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流供給量が多く、かつ寿命の長い発光装置およびその放熱方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発光装置は、管と、第１電極層と、有機物層と、第２電極層と、封止部材と、熱伝導部材とを備えている。管は透光性を有している。第１電極層は、管の内周側に配置されており、透光性を有している。有機物層は、第１電極層の内周側に形成され、かつ電圧が印加されることにより発光可能である。第２電極層は有機物層の内周側に形成されている。封止部材は、第１電極層と有機物層と第２電極層とを含む有機発光素子を含む領域を気密に封止するように管に取り付けられている。熱伝導部材は、気密に封止された空間内で第２電極層の内周側に配置され、かつ有機発光素子で生じた熱を封止部材に伝えるよう構成されている。
【０００８】
本発明の発光装置によれば、有機発光素子に電流を供給すると、第１電極層と、有機物層と、第２電極層との各電気抵抗によって有機発光素子が発熱する。この有機発光素子から生じた熱は熱伝導部材を通じて封止部材に伝えられ、封止部材から気密に封止された空間の外部へ放出される。
【０００９】
これにより有機発光素子から生じた熱を、管越しに放熱するよりも効率よく外部へ放出することが可能となるため、発光装置の発光効率の低下や有機発光素子の劣化による寿命の減少を抑制することができる。また有機発光素子への電流供給量を多くできるため、発光装置の輝度を上げることができる。
【００１０】
上記の発光装置において好ましくは、有機発光素子の内周側において有機発光素子と熱伝導部材との間に配置され、かつ有機発光素子で生じた熱により蒸発可能な作動流体を含む多孔質体がさらに備えられている。
【００１１】
これにより、多孔質体に含まれる作動流体を介して、有機発光素子で生じた熱を熱伝導部材に伝えることができる。つまり、有機発光素子で生じた熱から気化熱を得ることによって作動流体が蒸発し、この蒸発した作動流体の蒸気が多孔質内を移動して熱伝導部材に達して、熱伝導部材に熱を与えて液化する。このようにして作動流体から伝えられた熱が、熱伝導部材を通じて封止部材から気密に封止された空間の外へ放熱される。
【００１２】
上記の発光装置において好ましくは、熱伝導部材はヒートパイプである。
これにより、ヒートパイプ現象を利用することで、さらに放熱特性を高めることができる。
【００１３】
上記の発光装置において好ましくは、熱伝導部材は、毛細管作用を有する液体供給部材と、その液体供給部材の毛細管作用によって移動可能でかつ有機発光素子で生じた熱により蒸発可能な作動流体とを含む。
【００１４】
これにより、作動流体を介して、有機発光素子で生じた熱を封止部材に伝えることができる。つまり、有機発光素子で生じた熱から気化熱を得ることによって作動流体が蒸発し、この蒸発した作動流体の蒸気が封止部材に達して、封止部材に熱を与えて液化する。このようにして作動流体から伝えられた熱が封止部材から気密に封止された空間の外へ放熱される。
【００１５】
上記の発光装置において好ましくは、有機発光素子が形成された表面を有する可撓性フィルムがさらに備えられており、その可撓性フィルムは管の内周側に配置されている。
【００１６】
このように可撓性フィルムを用いて、その可撓性フィルムの屈折率を適切に設定することにより発光装置における発光光の取り出し効率を高めることができる。
【００１７】
上記の発光装置において好ましくは、可撓性フィルムは湾曲させた状態でその管の内周側に装着されている。
【００１８】
このように可撓性フィルムを湾曲させて管の内周側に配置することにより、製造における自由度が高くなる。
【００１９】
本発明の一の発光装置の放熱方法は、上記の発光装置の放熱方法であって、以下の工程を備えている。
【００２０】
有機発光素子で生じた熱から気化熱を得ることによって作動流体が蒸発する。蒸発した作動流体の蒸気が多孔質体内を熱伝導部材へ移動する。熱伝導部材に達した作動流体の蒸気が熱伝導部材に熱を伝えて液化する。作動流体から伝えられた熱が、熱伝導部材を通じて、気密に封止された空間の外へ放熱される。
【００２１】
本発明の他の発光装置の放熱方法は、上記の発光装置の放熱方法であって、以下の工程を備えている。
【００２２】
液体供給部材が毛細管作用によって作動流体を有機発光素子に供給する。有機発光素子で生じた熱から気化熱を得ることによって作動流体が蒸発する。蒸発した作動流体の蒸気が封止部材へ移動する。封止部材に達した作動流体の蒸気が封止部材に熱を伝えて液化する。作動流体から伝えられた熱が、封止部材を通じて、気密に封止された空間の外へ放熱される。作動流体が封止部材で冷却されて液化し、液化した作動流体が液体供給部材によって再び有機発光素子に供給することで循環しながら放熱する。
【００２３】
本発明の一および他の発光装置の放熱方法によれば、有機発光素子で生じた熱を、管越しに放熱するよりも効率よく外部へ放出することが可能となるため、発光装置の発光効率の低下や有機発光素子の劣化による寿命の減少を抑制することができる。また有機発光素子への電流供給量を多くできるため、発光装置の輝度を上げることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明によれば、電流供給量が多く、かつ寿命の長い発光装置およびその放熱方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態における発光装置の構成を概略的に示す外観図であり、（Ａ）が側面図であり、（Ｂ）が正面図である。
【図２】図１（Ｂ）におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】比較例の構成を示す図１（Ｂ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面に対応する断面図であって、本発明の一実施の形態の放熱装置を使用しない発光装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態における発光装置の製造方法を示す斜視図であって、フレキシブル基板に有機ＥＬ素子を形成する工程（Ａ）と、そのフレキシブル基板を湾曲させて円筒体内に装着する工程（Ｂ）とを示す斜視図である。
【図５】図４に示す方法で製造された、湾曲させたフレキシブル基板を内部に装着された円筒管の構成を概略的に示す断面図である。
【図６】円筒管の内周面に湾曲させたフレキシブル基板が装着された発光装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図７】円筒管の内周面に湾曲させたフレキシブル基板が複数積層された発光装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図８】放熱装置として毛細管現象を使って作動流体を蒸発させる液体供給部材を用いた発光装置の構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
はじめに本実施の形態の発光装置の構成について説明する。
図１および図２を参照して、本実施の形態の有機ＥＬ発光装置１３０は、円筒管１（管）と、有機ＥＬ素子（有機発光素子）１２と、封止部１１０と、電極１１２ａ、１１２ｂと、配線１１３ａ、１１３ｂと、吸水性スポンジ（多孔質体）２０と、ヒートパイプ（熱伝導部材）２１と、放熱フィン２２とを主に有している。
【００２７】
円筒管１は、長さ方向（図２中の仮想線ＬＤの方向）に延びる空洞部を有する透光性の管である。より具体的には円筒管１は、たとえばソーダ石灰ガラスにより形成された、直径５０ｍｍ、長さ５４０ｍｍ、厚さ１ｍｍの管である。
【００２８】
有機ＥＬ素子１２は、円筒管１の内面上に順に形成された、保護層１２ａと、透明陽極層（第１電極層）１２ｂと、有機物層ＯＬと、陰極層（第２電極層）１２ｇとを有している。有機物層ＯＬは、第１〜第４の層１２ｃ〜１２ｆを有している。保護層１２ａと、透明陽極層１２ｂと、有機物層ＯＬと、陰極層１２ｇとは、円筒管１の中心線（図２中の仮想線ＬＤ）に対して同心円状に配置されている。
【００２９】
保護層１２ａは、アルカリ金属イオンの移動を防止する機能を有している。よって円筒管１の材質にソーダ石灰ガラスなどのアルカリ金属イオンを含む材質が用いられても、円筒管１から透明陽極層１２ｂへアルカリ金属イオンが移動することが防止される。保護層１２ａは、たとえば酸化シリコン（ＳｉＯ2）により形成された厚さ１０ｎｍの層である。
【００３０】
透明陽極層１２ｂは、透光性を有しており、かつ有機ＥＬ素子１２の陽極としての機能を有している。透明陽極層１２ｂは、導電性の酸化物層であり、たとえば酸化インジウム錫（ＩＴＯ(Tin doped Indium Oxide)）により形成された厚さ１μｍの層である。
【００３１】
有機物層ＯＬの第１の層１２ｃは、たとえば下記の式（１）に示す有機材料（ＮＰＤ）から形成された厚さ４０ｎｍの層である。
【００３２】
【化１】
【００３３】
有機物層ＯＬの第２の層１２ｄは、たとえば、下記の式（２）に示す有機材料（Ｚｎｂｏｘ２）を主成分とし、かつ下記の式（３）に示すペリレン（Ｃ20Ｈ12）により１．５重量％のドーピングがなされた、厚さ７ｎｍの層である。
【００３４】
【化２】
【００３５】
【化３】
【００３６】
有機物層ＯＬの第３の層１２ｅは、たとえば、上記の式（２）に示す有機材料（Ｚｎｂｏｘ２）を主成分とし、かつ下記の式（４）に示す有機材料（ＤＣＭ１）により０．２５重量％のドーピングがなされた、厚さ２３ｎｍの層である。
【００３７】
【化４】
【００３８】
有機物層ＯＬの第４の層１２ｆは、たとえば、上記の式（２）に示す有機材料（Ｚｎｂｏｘ２）から形成された、厚さ３０ｎｍの層である。
【００３９】
なお上記の第１の層１２ｃはホール輸送層としての機能を有し、第４の層１２ｆは電子輸送層としての機能を有している。また第２の層１２ｄおよび第３の層１２ｅのそれぞれは、ドーパント色素としてペリレンおよびＤＣＭ１を含有することにより、発光層としての機能を有している。第２の層１２ｄおよび第３の層１２ｅのそれぞれにおいて青色およびオレンジ色の発光が生じ、これら２色の光が混合することで白色の光が得られる。
【００４０】
陰極層１２ｇは、有機ＥＬ素子１２の陰極としての機能を有している。陰極層１２ｇは、金属層であり、たとえばアルミニウムにより形成された厚さ０．５μｍの層である。
【００４１】
なお有機ＥＬ素子１２上の領域のうち円筒管１の長さ方向の両端側の領域は、陰極層１２ｇが形成されていない領域であるショート防止用スペースＳＰとなっている。ショート防止用スペースＳＰが設けられていることにより、陰極層１２ｇと透明陽極層１２ｂとが有機ＥＬ素子１２の端部において短絡することが防止されている。
【００４２】
封止部１１０は、円筒管１の内部空間を気密に封止している。これにより、透明陽極層１２ｂと有機物層ＯＬと陰極層１２ｇとを有する有機発光素子を含む領域が気密に封止されている。また気密に封止された円筒管１の内部には、不活性ガスＩＧとして、たとえば０．５気圧で窒素ガスが封入されている。
【００４３】
封止部１１０は、封止部材１１０ａ、１１０ｂ、およびＯリング１２４ａ、１２４ｂを有している。封止部材１１０ａ、１１０ｂには、放熱特性の良い材料が使用されることが好ましい。封止部材１１０ａ、１１０ｂのそれぞれを貫通して有機ＥＬ発光装置１３０の外部に向かって突出するように、封止部材１１０ａ、１１０ｂのそれぞれに電極１１２ａ、１１２ｂが配置されている。
【００４４】
配線１１３ａの一端は透明陽極層１２ｂに電気的に接続されており、配線１１３ａの他端は電極１１２ａに電気的に接続されている。配線１１３ｂの一端は陰極層１２ｇに電気的に接続されており、配線１１３ｂの他端は電極１１２ｂに電気的に接続されている。
【００４５】
また封止部材１１０ａ、１１０ｂのそれぞれには、乾燥剤１２７ａ、１２７ｂが配置されている。封止部材１１０ａおよび１１０ｂのそれぞれは、円筒管１の両端に、Ｏリング１２４ａ、１２４ｂにより着脱可能に固定されている。
【００４６】
封止部材１１０ａ、１１０ｂの材質は、たとえばガラスまたはアルミニウムである。各Ｏリング１２４ａ、１２４ｂは、たとえばエラストマーからなり、エラストマーの復元力により封止部材１１０ａ、１１０ｂと、円筒管１とに密着されている。なおＯリング１２４ａ、１２４ｂによる封止をより確実にするため、封止部１１０にＯリング１２４ａ、１２４ｂを締め付けるためのネジが取り付けられてもよい。
【００４７】
吸水性スポンジ２０とヒートパイプ２１と放熱フィン２２とを有する放熱装置が有機ＥＬ発光装置１３０に含まれている。これにより、有機ＥＬ素子１２で生じた熱を効率的に装置１３０の外部に放出することが可能となる。
【００４８】
吸水性スポンジ２０は、有機ＥＬ素子１２の内周側に配置されている。この吸水性スポンジ２０は、微細な連続気孔をもった絶縁性の多孔質体よりなっている。吸水性スポンジ２０は、たとえば気孔径２５μｍ、気孔率８３％、保水率４００％の連続多孔質体よりなっており、孔内に作動流体を吸水している。この作動流体は、有機ＥＬ素子１２で生じた熱により蒸発可能であり、たとえば沸点が５０℃程度で有機物層ＯＬと無反応な絶縁性の有機化合物の液体である。作動流体は、たとえば沸点６５℃の液体（メタノール）または沸点５６℃の液体（フロリナートＦＣ−７２）よりなっている。
【００４９】
ヒートパイプ２１は、気密に封止された円筒管１の内部空間内で有機ＥＬ素子１２の内周側から封止部材１１０ａ、１１０ｂへ延びるように配置されている。またヒートパイプ２１は、有機ＥＬ素子１２の内周側で吸水性スポンジ２０に接するように配置されている。これにより、ヒートパイプ２１は有機ＥＬ素子１２で生じた熱を封止部材１１０ａ、１１０ｂに伝導可能に構成されている。またヒートパイプ２１は、銅の１０倍の熱伝導率を有する材質よりなっている。
【００５０】
放熱フィン２２は、封止部材１１０ａ、１１０ｂの外周に取り付けられており、ヒートパイプ２１および封止部材１１０ａ、１１０ｂに熱的に接続されている。これにより、ヒートパイプ２１および封止部材１１０ａ、１１０ｂの熱を放熱フィン２２に伝えて、その放熱フィン２２から有機ＥＬ発光装置１３０の外部へ放出することができる。
【００５１】
なお放熱フィン２２がなくても封止部材１１０ａ、１１０ｂの外周から有機ＥＬ発光装置１３０の外部へ熱を放出することは可能であるが、放熱フィン２２を設けることによって、放熱面積を増加させることができるため、より効率的に有機ＥＬ発光装置１３０の外部へ熱を放出することが可能となる。
【００５２】
次に、本実施の形態の発光装置における発光と放熱方法とについて説明する。
円筒管１の封止領域の外に露出した電極１１２ａと電極１１２ｂとの間に電圧が印加されることで、透明陽極層１２ｂと陰極層１２ｇとの間に電圧が印加される。この電圧により透明陽極層１２ｂから陰極層１２ｇに向かって電流が流れ上記発光層における発光が生じる。
【００５３】
電流が流れることにより有機ＥＬ素子１２からジュール熱が発生する。発生した熱は円筒管１を伝わって外気に放熱されると同時に、陰極層１２ｇに接触した吸水性スポンジ２０の孔内の作動流体にも伝わる。
【００５４】
次に、陰極層１２ｇが５０℃程度になると、吸水性スポンジ２０の孔内の作動流体が蒸発し陰極層１２ｇから気化熱として熱を奪う。作動流体は気化することにより圧力が高まるため、その蒸気は吸水性スポンジ２０の孔を伝って吸水性スポンジ２０内の圧力の低い内周側へ移動する。これにより、作動流体の蒸気は吸水性スポンジ２０の内部の孔内に拡散し、ヒートパイプ２１に接触することで冷却されて凝縮・液化して液体に戻る。液化した作動流体は吸水性スポンジ２０の内部に毛細管現象で拡散し、再び陰極層１２ｇに接触する。作動流体はこのサイクルを繰り返す。
【００５５】
次に、作動流体の蒸気はヒートパイプ２１に接触して液化したときに熱エネルギーを潜熱として放出して、その潜熱をヒートパイプ２１に伝える。蒸発に伴う潜熱はきわめて大きく、銅パイプの数十倍の熱輸送能力をもつ。このヒートパイプ２１は、銅の１０倍の熱伝導率で封止部材１１０ａ、１１０ｂの外側に設置された放熱フィン２２に熱を伝える。
【００５６】
次に、放熱フィン２２から外気に熱が伝わる。上記の工程により透明陽極層１２ｂと有機ＥＬ素子１２とで発生した熱は、外気に放出される。
【００５７】
次に、本実施の形態の作用効果について比較例と対比して説明する。
図３を参照して、比較例の有機ＥＬ発光装置１３０Ａは、図２に示す本実施の形態の構成から放熱装置（吸水性スポンジ２０、ヒートパイプ２１、放熱フィン２２）を省略した構成を有している。なお、これ以外の比較例の構成は、図２に示す本実施の形態の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５８】
図３に示す比較例の構成では、有機ＥＬ素子１２で発生した熱は、主に円筒管１を通じて有機ＥＬ発光装置１３０Ａの外部へ放出される。しかし、この円筒管１には透光性が要求されるため、円筒管１の熱伝導率を高くするには制限があり放熱特性が悪い。また円筒管１の内部の不活性ガスＩＧ（たとえば窒素ガス）を伝わって封止部材１１０ａ、１１０ｂから外気に放熱する場合には、窒素ガスの熱伝導率も小さいので放熱特性が悪い。
【００５９】
このため図３の比較例の構成では、有機ＥＬ素子１２で発生した熱を外部へ効率よく放熱することが難しい。よって、輝度を上げるために有機ＥＬ素子１２に流す電流を増やすと、有機ＥＬ素子１２がジュール熱によって発生する熱量が大きくなって、有機物層ＯＬの温度が上昇する。この有機物層ＯＬの温度が１００℃に達すると有機ＥＬ素子１２の劣化が生じ、有機ＥＬ発光装置１３０Ａの発光効率の低下や有機ＥＬ素子１２の劣化による寿命の減少が生じる。
【００６０】
これに対して本実施の形態によれば、上述したように放熱装置（吸水性スポンジ２０、ヒートパイプ２１、放熱フィン２２）を用いて有機ＥＬ素子１２で発生した熱を有機ＥＬ発光装置１３０Ａの外部へ放出することができる。この放熱装置は有機ＥＬ素子１２の内周側などに位置しており、透光性を要求されないため、熱伝導率の高い材質で構成することができる。これにより、有機ＥＬ素子１２で発生した熱を、円筒管１越しに放熱するよりも効率よく有機ＥＬ発光装置１３０の外部へ放出することが可能となる。このため、有機ＥＬ素子１２に流す電流を増やしても有機ＥＬ素子１２の温度の上昇を抑制することができ、有機ＥＬ素子１２の温度をたとえば５０℃程度に保つことができる。よって、有機ＥＬ発光装置１３０の発光効率の低下や有機ＥＬ素子１２の劣化による寿命の減少を抑制することができる。また有機ＥＬ素子１２への電流供給量を多くできるため、有機ＥＬ発光装置１３０の輝度を上げることができる。
【００６１】
具体的には、円筒管１にガラス管を使用した場合、円筒管１の熱伝導率は１．５Ｗ／ｍＫ程度となる。一方、本実施の形態の放熱装置（吸水性スポンジ２０、ヒートパイプ２１、放熱フィン２２）の熱伝導率は４５００Ｗ／ｍＫ程度であるので、ガラス管に対して３０００倍の熱伝導率となる。
【００６２】
また円筒管１の厚さが１ｍｍ、長さ１０００ｍｍの発光装置の場合、ヒートパイプ２１は両端に設置しているので長さは５００ｍｍ程度となる。このため、本実施の形態の放熱装置（吸水性スポンジ２０、ヒートパイプ２１、放熱フィン２２）の熱伝導量はガラス管に対して６倍となる。
【００６３】
また本実施の形態によれば、吸水性スポンジ２０に含まれる作動流体を介して、有機ＥＬ素子１２から生じた熱をヒートパイプ２１に伝えることができる。つまり、有機ＥＬ素子１２で生じた熱から気化熱を得ることによって作動流体が蒸発し、この蒸発した作動流体の蒸気が吸水性スポンジ２０の孔内を移動してヒートパイプ２１に達して、ヒートパイプ２１に熱を与えて液化する。このようにして作動流体から伝えられた熱が、ヒートパイプ２１を通じて封止部材１１０ａ、１１０ｂおよび放熱フィン２２から有機ＥＬ発光装置１３０Ａの外へ放熱される。
【００６４】
また本実施の形態によれば、ヒートパイプ２１が用いられているため、ヒートパイプ現象を利用することで、さらに放熱特性を高めることができる。
【００６５】
また本実施の形態によれば、封止部材１１０ａ、１１０ｂのそれぞれの外周に設けた放熱フィン２２により放熱面積を大きくできるため、放熱をより効率的に行なうことができる。
【００６６】
上記の有機ＥＬ発光装置１３０においては、有機ＥＬ素子１２がフレキシブル基板１１５上に形成されてもよい。以下、その内容について説明する。
【００６７】
図４（Ａ）を参照して、まずフレキシブル基板（可撓性フィルム）１１５が、たとえば透光性を有する厚さ７５μｍのＰＥＮ（Poly （ethylene naphthalate））フィルムから準備される。このフレキシブル基板１１５上に有機ＥＬ素子１２が形成される。この有機ＥＬ素子１２は、たとえば図２に示す透明陽極層（第１電極層）１２ｂと、有機物層ＯＬと、陰極層（第２電極層）１２ｇとから構成される。
【００６８】
図４（Ｂ）を参照して、この後、たとえばフレキシブル基板１１５が外周側、有機ＥＬ素子１２が内周側となるようにフレキシブル基板１１５が湾曲させられる。湾曲されたフレキシブル基板１１５は円筒管１内面に装着される。この状態の円筒管１内の構成は、図５に示すような構成となっている。つまり、円筒管１の内周面にフレキシブル基板１１５を介在して有機ＥＬ素子１２が配置されている。
【００６９】
なお図２に示す保護層１２ａは、図５に示す構成において円筒管１とフレキシブル基板１１５との間、またはフレキシブル基板１１５と透明陽極層１２ｂとの間に形成されていてもよいが、省略されてもよい。
【００７０】
この後、図６を参照して、放熱装置（吸水性スポンジ２０、ヒートパイプ２１、放熱フィン２２）などが円筒管１に取り付けられて有機ＥＬ発光装置１３０が製造される。
【００７１】
上記のようにフレキシブル基板１１５を用いた場合には、フレキシブル基板１１５の屈折率を適切に設定することにより有機ＥＬ発光装置１３０における光の取り出し効率を高めることができる。
【００７２】
また図７に示すように、フレキシブル基板１１５、透明陽極層１２ｂ、有機物層ＯＬおよび陰極層１２ｇの積層体が複数（たとえば２層）積層されていてもよい。この場合、配線１１３ａは、補助電極１１４により外周側と内周側との双方の透明陽極層１２ｂに電気的に接続されている。また配線１１３ｂは、補助電極１１４により外周側と内周側との双方の陰極層１２ｇに電気的に接続されている。
【００７３】
また内周側有機ＥＬ素子１２の発光光の装置外への取り出し効率を高めるため、外周側の有機ＥＬ素子１２に含まれる陰極層１２ｇは透光性を有していることが好ましく、たとえば酸化インジウム錫などよりなっていることが好ましい。
【００７４】
なお、図７の上記以外の構成は図６に示す構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７５】
上記の有機ＥＬ発光装置１３０においては、ヒートパイプ２１の代わりに金属が用いられてもよく、また吸水性スポンジ２０と作動流体との代わりに絶縁性の熱伝導素材が用いられてもよい。また放熱フィン２２ではなく電極１１２ａ、１１２ｂを用いて、ケーブルに熱を逃がすような構成が採用されてもよい。また放熱フィン２２ではなく照明器具の筐体を使って熱を逃がすような構成が採用されてもよい。
【００７６】
また円筒管１について説明したが、円筒管１の形状は円筒状でなくともよく、筒状（管）であればよい。また円筒管１は長さ方向の両端が開口した構成について説明したが、円筒管１の長さ方向の一方端のみが開口し、その一方端の開口部のみを封止するように封止部１１０が設けられていてもよい。また透明陽極層１２ｂが外周側で、陰極層１２ｇが内周側の場合について説明したが、透明陽極層１２ｂが内周側で、陰極層１２ｇが外周側であってもよい。ただし、この場合、少なくとも外周側の電極は透光性を有する材質である必要がある。
【００７７】
また熱伝導部材として、図８に示すように毛細管作用を有する液体供給部材２０ａと、液体供給部材の毛細管現象によって移動可能な作動流体とが用いられてもよい。この液体供給部材２０ａは、毛細管作用によって作動流体を移動可能とし、その移動によって作動流体を有機発光素子に供給するためのものである。この液体供給部材２０ａは、たとえば網線（メッシュ体）により構成されるウィックである。この液体供給部材２０ａは、有機ＥＬ素子１２の内周側に配置されている。熱伝導部材として上記の液体供給部材２０ａと作動流体とを用いる場合には、図２に示す吸水性スポンジ２０やヒートパイプ２１は無くてもよい。
【００７８】
この図８に示す構造においては、封止部材１１０ａ、１１０ｂの各外周面と円筒管１の内周面との間にＯリング１２４ａ、１２４ｂが配置されている。乾燥剤１２７ａは封止部材１１０ａと配線１１３ａとの間の領域に配置されており、乾燥剤１２７ｂは封止部材１１０ｂと配線１１３ｂとの間の領域に配置されている。
【００７９】
なお、図８の上記以外の構成は図２に示す構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８０】
次に、図８に示す発光装置における発光と放熱方法とについて説明する。
円筒管１の封止領域の外に露出した電極１１２ａと電極１１２ｂとの間に電圧が印加されることで、有機ＥＬ素子１２から発光が生じるとともにジュール熱が発生する。発生した熱は円筒管１を伝わって外気に放熱されると同時に、液体供給部材２０ａの作動流体（たとえばウィックを濡らす作動流体）にも伝わる。
【００８１】
これにより作動流体が所定の温度になると蒸発し、気化熱として有機ＥＬ素子１２から熱を奪う。作動流体は気化することにより圧力が高まるため、円筒管１内の圧力の低い方へ移動する。これにより、作動流体の蒸気は円筒管１内に拡散して封止部材１１０ａ、１１０ｂへ移動し、封止部材１１０ａ、１１０ｂに接触することで冷却されて凝縮・液化して液体に戻る。液化した作動流体は液体供給部材２０ａを濡らし、毛細管現象によって長手方向の端部側から中央部側へ移動する。作動流体はこのサイクルを繰り返す。
【００８２】
次に、作動流体の蒸気は封止部材１１０ａ、１１０ｂに接触して液化したときに熱エネルギーを潜熱として放出して、その潜熱を封止部材１１０ａ、１１０ｂに伝える。封止部材１１０ａ、１１０ｂに伝えられた熱は、封止部材１１０ａ、１１０ｂから外気に放出される。上記の工程により有機ＥＬ素子１２で発生した熱は、外気に放出される。
【００８３】
上記の液体供給部材２０ａは網線に限定されるものではなく、多孔体などの毛細管作用を有する材料であればよい。
【００８４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、管の内面に形成された有機ＥＬ素子を含む発光装置およびその放熱方法に関するもので、特に照明器具に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００８６】
１ 円筒管、１２ 有機ＥＬ素子、１２ａ 保護層、１２ｂ 透明陽極層、１２ｃ〜１２ｆ 第１〜第４の層、１２ｇ 陰極層、２０ 吸水性スポンジ、２０ａ 液体供給部材、２１ ヒートパイプ、２２ 放熱フィン、１１０ａ，１１０ｂ 封止部材、１１２ａ，１１２ｂ 電極、１１３ａ，１１３ｂ 配線、１１５ フレキシブル基板、１２４ シール材、１２４ａ、１２４ｂ Ｏリング、１２７ａ、１２７ｂ 乾燥剤、１３０ 有機ＥＬ発光装置、ＩＧ 不活性ガス、ＯＬ 有機物層、ＳＰ ショート防止用スペース。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する管と、
前記管の内周側に配置された、透光性を有する第１電極層と、
前記第１電極層の内周側に形成され、かつ電圧が印加されることにより発光可能な有機物層と、
前記有機物層の内周側に形成された第２電極層と、
前記第１電極層と前記有機物層と前記第２電極層とを含む有機発光素子を含む領域を気密に封止するように前記管に取り付けられた封止部材と、
気密に封止された空間内で前記第２電極層の内周側に配置され、かつ前記有機発光素子で生じた熱を前記封止部材に伝えるための熱伝導部材とを備えた、発光装置。
【請求項２】
前記有機発光素子の内周側において前記有機発光素子と前記熱伝導部材との間に配置され、かつ前記有機発光素子で生じた熱により蒸発可能な作動流体を含む多孔質体をさらに備えた、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記熱伝導部材はヒートパイプである、請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記熱伝導部材は、毛細管作用を有する液体供給部材と、前記液体供給部材の前記毛細管作用によって移動可能でかつ前記有機発光素子で生じた熱により蒸発可能な作動流体とを含む、請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記有機発光素子が形成された表面を有する可撓性フィルムをさらに備え、
前記可撓性フィルムは前記管の内周側に配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載の発光装置。
【請求項６】
前記可撓性フィルムは湾曲させた状態で前記管の内周側に装着されている、請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
請求項２に記載の発光装置の放熱方法であって、
前記有機発光素子で生じた熱から気化熱を得ることによって前記作動流体が蒸発する工程と、
蒸発した前記作動流体の蒸気が前記多孔質体内を前記熱伝導部材へ移動する工程と、
前記熱伝導部材に達した前記作動流体の蒸気が前記熱伝導部材に熱を伝えて液化する工程と、
前記作動流体から伝えられた熱を、前記熱伝導部材を通じて、気密に封止された前記空間の外へ放熱する工程とを備えた、発光装置の放熱方法。
【請求項８】
請求項４に記載の発光装置の放熱方法であって、
前記液体供給部材が前記毛細管作用によって前記作動流体を前記有機発光素子に供給する工程と、
前記有機発光素子で生じた熱から気化熱を得ることによって前記作動流体が蒸発する工程と、
蒸発した前記作動流体の蒸気が前記封止部材へ移動する工程と、
前記封止部材に達した前記作動流体の蒸気が前記封止部材に熱を伝えて液化する工程と、
前記作動流体から伝えられた熱を、前記封止部材を通じて、気密に封止された前記空間の外へ放熱する工程と、
前記作動流体が前記封止部材で冷却されて液化し、液化した前記作動流体が前記液体供給部材によって再び前記有機発光素子に供給することで循環しながら放熱する工程とを備えた、発光装置の放熱方法。
【請求項１】
透光性を有する管と、
前記管の内周側に配置された、透光性を有する第１電極層と、
前記第１電極層の内周側に形成され、かつ電圧が印加されることにより発光可能な有機物層と、
前記有機物層の内周側に形成された第２電極層と、
前記第１電極層と前記有機物層と前記第２電極層とを含む有機発光素子を含む領域を気密に封止するように前記管に取り付けられた封止部材と、
気密に封止された空間内で前記第２電極層の内周側に配置され、かつ前記有機発光素子で生じた熱を前記封止部材に伝えるための熱伝導部材とを備えた、発光装置。
【請求項２】
前記有機発光素子の内周側において前記有機発光素子と前記熱伝導部材との間に配置され、かつ前記有機発光素子で生じた熱により蒸発可能な作動流体を含む多孔質体をさらに備えた、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記熱伝導部材はヒートパイプである、請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記熱伝導部材は、毛細管作用を有する液体供給部材と、前記液体供給部材の前記毛細管作用によって移動可能でかつ前記有機発光素子で生じた熱により蒸発可能な作動流体とを含む、請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記有機発光素子が形成された表面を有する可撓性フィルムをさらに備え、
前記可撓性フィルムは前記管の内周側に配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載の発光装置。
【請求項６】
前記可撓性フィルムは湾曲させた状態で前記管の内周側に装着されている、請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
請求項２に記載の発光装置の放熱方法であって、
前記有機発光素子で生じた熱から気化熱を得ることによって前記作動流体が蒸発する工程と、
蒸発した前記作動流体の蒸気が前記多孔質体内を前記熱伝導部材へ移動する工程と、
前記熱伝導部材に達した前記作動流体の蒸気が前記熱伝導部材に熱を伝えて液化する工程と、
前記作動流体から伝えられた熱を、前記熱伝導部材を通じて、気密に封止された前記空間の外へ放熱する工程とを備えた、発光装置の放熱方法。
【請求項８】
請求項４に記載の発光装置の放熱方法であって、
前記液体供給部材が前記毛細管作用によって前記作動流体を前記有機発光素子に供給する工程と、
前記有機発光素子で生じた熱から気化熱を得ることによって前記作動流体が蒸発する工程と、
蒸発した前記作動流体の蒸気が前記封止部材へ移動する工程と、
前記封止部材に達した前記作動流体の蒸気が前記封止部材に熱を伝えて液化する工程と、
前記作動流体から伝えられた熱を、前記封止部材を通じて、気密に封止された前記空間の外へ放熱する工程と、
前記作動流体が前記封止部材で冷却されて液化し、液化した前記作動流体が前記液体供給部材によって再び前記有機発光素子に供給することで循環しながら放熱する工程とを備えた、発光装置の放熱方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２４５１６４（Ｐ２０１０−２４５１６４Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９００８０（Ｐ２００９−９００８０）
【出願日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【特許番号】特許第４５４８８０６号（Ｐ４５４８８０６）
【特許公報発行日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（５０８０１６６６４）フジテック・インターナショナル株式会社 (7)
【出願人】（５９９０４８６６１）有限会社マイクロシステム (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【特許番号】特許第４５４８８０６号（Ｐ４５４８８０６）
【特許公報発行日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【出願人】（５０８０１６６６４）フジテック・インターナショナル株式会社 (7)
【出願人】（５９９０４８６６１）有限会社マイクロシステム (9)
【Ｆターム（参考）】
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