JP2007265805A

JP2007265805A - 照明装置

Info

Publication number: JP2007265805A
Application number: JP2006089567A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Okamoto; 太志岡本; Minoru Maehara; 稔前原; Akinori Hiramatsu; 明則平松; Tomoyuki Nakano; 智之中野; Hiroo Kawaminami; 博生川南
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】突入電流による有機ＥＬ素子の劣化を防ぐと共に発光効率を高くすることのできる照明装置を提供する。
【解決手段】１つの有機ＥＬ素子１ａから成る発光部１と、発光部１に駆動電圧を供給する点灯装置とから成る照明装置であって、点灯装置は、所望の直流電圧を出力する直流電源手段２と、直流電源手段２の出力のオン／オフを切り替えて発光部１に直流電圧を印加する切替手段３とを備え、有機ＥＬ素子１ａと直流電源手段２の出力端との間に限流要素４としてインダクタンスＬ１を直列に接続している。該限流要素４によって印加電圧の立ち上がり時間に生じる突入電流を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源として有機ＥＬ素子を用いた照明装置に関する。

近年、薄型の固体発光素子として有機ＥＬ素子の研究が盛んである。有機ＥＬ素子は、有機化合物からなる薄膜の発光層を電極で挟持した構成で、電極間に電流を供給すると発光する素子である。有機ＥＬ素子は薄型かつ軽量の発光素子が構成でき、また駆動電圧が数Ｖから十数Ｖ程度と従来主流の光源である放電灯と比べて駆動電圧が低いため、点灯装置を安価に構成でき、薄型かつ軽量の照明装置への応用が期待できる。ところで、有機ＥＬ素子は容量成分を持つため、電源投入時や矩形波電圧を印加すると、印加電圧の立ち上がり時間において突入電流が生じて有機ＥＬ素子が劣化する恐れがある。この突入電流を抑えようとした照明装置が従来あり、例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１記載の照明装置は、発光部となる有機ＥＬ素子と、有機ＥＬ素子に電力を供給する点灯装置とから成り、点灯装置は、交流電源からの交流電圧を受けて所望の直流電圧を出力する昇降圧型のコンバータと、該コンバータからの直流電圧を入力して任意の周波数の正負の矩形波電圧を発生するインバータとを備え、該インバータの出力側で有機ＥＬ素子と直列にチョークコイルを接続し、該チョークコイルによって有機ＥＬ素子への突入電流を抑えている。また、チョークコイルは有機ＥＬ素子に内在する等価容量と併せて共振回路を構成しており、この共振回路を利用することで、有機ＥＬ素子の劣化による等価容量の減少に伴って有機ＥＬ素子の印加電圧を上昇させ、有機ＥＬ素子の輝度補償を行うことで長寿命化を図っている。
特開平１０−１７２７６０号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の照明装置では、共振回路により高周波の交流電圧が有機ＥＬ素子に印加されるため、発光に寄与しない負電圧が有機ＥＬ素子に印加されて有機ＥＬ素子の発光効率が悪くなるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、突入電流による有機ＥＬ素子の劣化を防ぐと共に発光効率を高くすることのできる照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、一乃至複数の有機ＥＬ素子から成る発光部と、発光部に駆動電圧を供給する点灯装置から成る照明装置であって、点灯装置は、所望の直流電圧を出力する直流電源手段と、直流電源手段の出力のオン／オフを切り替えて発光部に直流電圧を印加する切替手段とを備え、発光部と直流電源手段の出力端との間にインダクタンス又は抵抗素子から成る限流要素を直列に接続したことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、限流要素と並列に接続されて限流要素と直流電源手段及び発光部との接続を入／切する開閉手段を設け、該開閉手段は、切替手段がオンとなる時のみ限流要素と直流電源手段及び発光部とを接続することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、開閉手段は、切替手段がオンになって一定の期間後に限流要素を短絡することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、限流要素は、インダクタンスであって、点灯装置は、限流要素と発光部との直列回路と並列に接続されて切替手段がオフになると限流要素と発光部とを含む閉路を形成する閉路手段を備えたことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１の発明において、発光部は、複数の有機ＥＬ素子を並列に接続して成り、各有機ＥＬ素子と直列に限流要素を接続したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、一乃至複数の有機ＥＬ素子から成る発光部と、発光部に駆動電圧を供給する点灯装置から成る照明装置であって、点灯装置は、所望の直流電圧を出力する直流電源手段と、直流電源手段の出力のオン／オフを切り替えて発光部に直流電圧を印加する切替手段とを備え、発光部と直流電源手段の出力端との間にインダクタンス又は抵抗素子から成る限流要素を直列に接続したので、限流要素によって電圧印加時に流れる有機ＥＬ素子の突入電流を抑えることができ、したがって過電流による有機ＥＬ素子の劣化を防ぐことができる。また、直流電源手段及び切替手段を用いることで、直流電圧を断続的に有機ＥＬ素子に印加するので、交流電圧を印加する場合と比べて発光に寄与しない負電圧を印加することがないために発光効率を高めることができる。

請求項２の発明によれば、限流要素と並列に接続されて限流要素と直流電源手段及び発光部との接続を入／切する開閉手段を設け、該開閉手段は、切替手段がオンとなる時のみ限流要素と直流電源手段及び発光部とを接続するので、限流要素における損失を低減することができる。

請求項３の発明によれば、開閉手段は、切替手段がオンになって一定の期間後に限流要素を短絡するので、限流要素における損失を低減することができる。

請求項４の発明によれば、限流要素は、インダクタンスであって、点灯装置は、限流要素と発光部との直列回路と並列に接続されて切替手段がオフになると限流要素と発光部とを含む閉路を形成する閉路手段を備えたので、インダクタンスに蓄積される電磁エネルギーを利用して有機ＥＬ素子の発光効率を高めることができる。

請求項５の発明によれば、発光部は、複数の有機ＥＬ素子を並列に接続して成り、各有機ＥＬ素子と直列に限流要素を接続したので、複数の有機ＥＬ素子を並列に接続した場合にも請求項１の発明の効果が得られる照明装置を実現できる。

（実施形態１）
以下、本発明の第１の実施形態について図１、２を用いて説明する。本実施形態は、図１（ａ）に示すように、１つの有機ＥＬ素子１ａから成る発光部１と、発光部１に駆動電圧を供給する点灯装置とから成る照明装置であって、点灯装置は、所望の直流電圧を出力する直流電源手段２と、直流電源手段２の出力のオン／オフを切り替えて発光部１に直流電圧を印加する切替手段３とを備え、有機ＥＬ素子１ａと直流電源手段２の出力端との間に限流要素４としてインダクタンスＬ１を直列に接続している。また、インダクタンスＬ１と有機ＥＬ素子１ａとの直列回路と並列に閉路手段６としてダイオードＤを接続しており、該ダイオードＤのアノードは有機ＥＬ素子１ａの陰極側に接続され、カソードは直流電源手段２の出力端とインダクタンスＬ１との間に接続されている。
発光部１の有機ＥＬ素子１ａは、規定の方向に直流電圧が印加されることで発光するもので、直流電源手段２から出力される直流電圧によって駆動される。また、有機ＥＬ素子１ａは、図１（ａ）に示すように、リーク抵抗ＲＬ、直列等価抵抗Ｒｓ、等価容量Ｃ１を並列に接続した等価回路で示される。
直流電源手段２は、図２に示すように、整流回路２０と降圧コンバータ回路２１とから構成されており、交流電源ＰＳからの交流電圧をダイオードブリッジから成る整流回路２０を用いて全波整流し、整流された脈流電圧を降圧コンバータ回路２１を用いて所定の大きさの直流電圧に降圧する。降圧コンバータ回路２１は、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑ１を制御回路２２で制御してスイッチング素子Ｑ１のオンデューティー比を変更する、すなわちＰＷＭ制御を行うことで所望の大きさの直流電圧を発光部１の有機ＥＬ素子１ａに供給できるようになっており、本実施形態では、制御手段２２は、発光部１の有機ＥＬ素子１ａ１つを駆動させるのに必要な電圧（駆動電圧）を常に出力するようにＰＷＭ制御している。尚、整流回路２０のダイオードブリッジ、降圧コンバータ回路２１の回路構成及び制御手段２２によるＰＷＭ制御は周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
切替手段３は、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ２を制御する制御回路３０とから成り、スイッチング素子Ｑ２は直流電源手段２と有機ＥＬ素子１ａとの間に直列に挿入される。制御回路３０は、制御信号をスイッチング素子Ｑ２に与えることでスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを交互に切り替え、直流電源手段２からの出力を有機ＥＬ素子１ａに間欠的に印加するようにしている。また、スイッチング素子Ｑ２のオンデューティー比を可変的に制御することで有機ＥＬ素子１ａの光出力を変化させることができ、所望の輝度を得ることができるようになっている。
スイッチング素子Ｑ２をオンにした時の動作波形図を図１（ｂ）に示す。尚、同図において、上段はスイッチング素子Ｑ２に与えられる制御信号の波形、中段は有機ＥＬ素子１ａを流れる電流波形、下段は有機ＥＬ素子１ａの光出力波形を表している。同図に示すように、時刻ｔ１でスイッチング素子Ｑ２をオンにすると、印加電圧の立ち上がり時間（時刻ｔ１からｔ２まで）において有機ＥＬ素子１ａに流れる突入電流がインダクタンスＬ１によって抑制される。また、スイッチング素子Ｑ２をオフにすると、インダクタンスＬ１、有機ＥＬ素子１ａ、ダイオードＤから成る閉路が形成されるので、インダクタンスＬ１に蓄積された電磁エネルギーが有機ＥＬ素子１ａ及びダイオードＤを介して放出され、したがってインダクタンスＬ１の電磁エネルギーを有効に利用することができる。また、有機ＥＬ素子１ａの等価容量Ｃ１に流れる電流が小さくなるので、降圧コンバータ回路２１の利用率を高めることができ、電源容量を小さくすることができる。

（実施形態２）
以下、本発明の第２の実施形態について図３を用いて説明する。本実施形態では、閉路手段６としてダイオードＤの代わりにコンデンサＣ２を用いている。このように構成することで、スイッチング素子Ｑ２がオフになると、該コンデンサＣ２、インダクタンスＬ１、有機ＥＬ素子１ａから成る閉路が形成され、インダクタンスＬ１に蓄積された電磁エネルギーが有機ＥＬ素子１ａ及びコンデンサＣ２を介して放出される。また、コンデンサＣ２は、スイッチング素子Ｑ２がオフになる時にインダクタンスＬ１と共振回路を構成するため、インダクタンスＬ１に蓄積された電磁エネルギーが有機ＥＬ素子１ａを介して急峻に放出されるのを防ぎ、したがって有機ＥＬ素子１ａの劣化を防止できる。
（実施形態３）
以下、本発明の第３の実施形態について図４を用いて説明する。本実施形態では、ダイオードＤの代わりにインダクタンスＬ２を有機ＥＬ素子１ａと並列に接続しており、このダイオードＤ及び有機ＥＬ素子１ａの並列回路にインダクタンスＬ１を直列に接続している。このように回路を構成すると、スイッチング素子Ｑ２をオンにする時はインダクタンスＬ１が有機ＥＬ素子１ａへの急峻な突入電流を抑制することができる。スイッチング素子Ｑ２がオフになると、インダクタンスＬ１に蓄積された電磁エネルギーがインダクタンスＬ２を介して放出され、また有機ＥＬ素子１ａの等価容量Ｃ１に蓄積された電荷もインダクタンスＬ２を介して放出される。ここで、有機ＥＬ素子１ａの等価容量Ｃ１及びインダクタンスＬ２で共振回路を構成するように設定すれば、急峻な電流変化を小さくすることができ、雑音を低減することもできる。
（実施形態４）
以下、本発明の第４の実施形態について図５を用いて説明する。本実施形態では、限流要素４としてインダクタンスＬ１の代わりに抵抗Ｒ１を用いており、抵抗Ｒ１と有機ＥＬ素子１ａとを直列に接続している。この場合、前述のインダクタンスＬ１と同様に抵抗Ｒ１によって有機ＥＬ素子１ａへの突入電流を抑制することができる。抵抗Ｒ１を用いると、インダクタンスＬ１と比べて抵抗Ｒ１での損失があるが、安価で且つ容易に回路に組み込むことができ、さらに回路の小型化を図ることもできる。また、スイッチング素子Ｑ２のオン／オフを繰り返してもインダクタンスＬ１及び有機ＥＬ素子１ａの等価容量Ｃ１により生じていた寄生振動が生じないために、雑音を低減することもできる。
（実施形態５）
以下、本発明の第５の実施形態について図６を用いて説明する。本実施形態では、発光部１は複数の有機ＥＬ素子１ａを並列に接続して成り、各々の有機ＥＬ素子１ａには限流要素４として抵抗Ｒ１が直列に接続されている。このように構成すると、前述の実施形態と同様に、有機ＥＬ素子１ａへの突入電流を抑制することができる。有機ＥＬ素子１ａを複数並列に接続する場合は、各々の有機ＥＬ素子１ａへの突入電流が他の有機ＥＬ素子１ａの立ち上がり特性や光出力特性にも影響を及ぼすため、本実施形態の限流要素４の効果が顕著となる。尚、限流要素４としては抵抗Ｒ１ではなくインダクタンスＬ１を用いてもよい。
上述のように、有機ＥＬ素子１ａに限流要素４としてインダクタンスＬ１又は抵抗Ｒ１を直列に接続することで、印加電圧の立ち上がり時間に生じる突入電流を抑制することができ、したがって過電流による有機ＥＬ素子１ａの劣化を防いで長寿命化を図ることができる。また、直流電源手段２及び切替手段３によって間欠的に直流電圧を有機ＥＬ素子１ａに印加するため、発光に寄与しない負電圧を印加することがないので、交流電圧を印加する場合と比較して発光効率を高めることができる。
ところで、上記実施形態１〜５において、図７に示すように、限流要素４（図示ではインダクタンスＬ１）の両端に、限流要素４と直流電源手段２及び発光部１との接続を入／切する開閉手段５としてスイッチング素子Ｑ３を並列に接続してもよい。該スイッチング素子Ｑ３は、例えば制御回路３０から制御信号を与えることでスイッチング素子Ｑ２と連動してオン／オフを切り替えるようにする。具体的には、スイッチング素子Ｑ２がオフの間は、スイッチング素子Ｑ３をオンにすることで限流要素４を短絡する。スイッチング素子Ｑ２がオンになると、印加電圧の立ち上がり時間においてスイッチング素子Ｑ３をオフにすることで、限流要素４が回路に接続されて突入電流を抑制する。立ち上がり時間が過ぎて有機ＥＬ素子１ａを流れる電流が一定となると、スイッチング素子Ｑ３をオフにすることで限流要素４を短絡する。このようにすることで、インダクタンスＬ１又は抵抗Ｒ１における損失を低減することができる。

本発明の第１の実施形態の照明装置を示す図で、（ａ）は回路構成を示す図で、（ｂ）は動作説明図である。同上の直流電源手段の回路構成を示す図である。本発明の第２の実施形態の照明装置の回路構成を示す図である。本発明の第３の実施形態の照明装置の回路構成を示す図である。本発明の第４の実施形態の照明装置の回路構成を示す図である。本発明の第５の実施形態の照明装置の回路構成を示す図である。本発明の照明装置の限流要素にスイッチング素子を並列に接続した場合を示す図である。

符号の説明

１発光部
１ａ有機ＥＬ素子
２直流電源手段
３切替手段
４限流要素
５開閉手段
６閉路手段
Ｌ１インダクタンス
Ｒ１抵抗

Claims

一乃至複数の有機ＥＬ素子から成る発光部と、発光部に駆動電圧を供給する点灯装置から成る照明装置であって、点灯装置は、所望の直流電圧を出力する直流電源手段と、直流電源手段の出力のオン／オフを切り替えて発光部に直流電圧を印加する切替手段とを備え、発光部と直流電源手段の出力端との間にインダクタンス又は抵抗素子から成る限流要素を直列に接続したことを特徴とする照明装置。
前記限流要素と並列に接続されて限流要素と直流電源手段及び発光部との接続を入／切する開閉手段を設け、該開閉手段は、切替手段がオンとなる時のみ限流要素と直流電源手段及び発光部とを接続することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記開閉手段は、切替手段がオンになって一定の期間後に限流要素を短絡することを特徴とする請求項２記載の照明装置。
前記限流要素は、インダクタンスであって、点灯装置は、限流要素と発光部との直列回路と並列に接続されて切替手段がオフになると限流要素と発光部とを含む閉路を形成する閉路手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記発光部は、複数の有機ＥＬ素子を並列に接続して成り、各有機ＥＬ素子と直列に限流要素を接続したことを特徴とする請求項１記載の照明装置。