JP2009021073A - 自発光型素子及び照明装置並びに表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】経年劣化等による自発光型素子の異常発熱を個別に且つ安価に防止すると共に、省スペース化を図ることができる自発光型素子及び照明装置並びに表示装置を提供する。
【解決手段】電極層１３と、電極層１４と、これらの電極層１３，１４間に配置されこれらの電極層間に電流を流すことにより発光する発光層１５と、を備えた有機ＥＬ素子１であって、温度上昇に基づいて電極層間を流れる電流量を制限する機能性層１６を備えた。
【選択図】図１
【解決手段】電極層１３と、電極層１４と、これらの電極層１３，１４間に配置されこれらの電極層間に電流を流すことにより発光する発光層１５と、を備えた有機ＥＬ素子１であって、温度上昇に基づいて電極層間を流れる電流量を制限する機能性層１６を備えた。
【選択図】図１
Description
本発明は、自発光型素子及び照明装置並びに表示装置に係り、特に、電極層間に配置された発光層による発光を利用した自発光型素子及びこの自発光型素子を用いた照明装置並びに表示装置に関する。
一般に、多層構造を有する自発光型素子は、定電流又は定電圧駆動されている。図９に、このような自発光型素子としての有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）１００の構成を示す。この有機発光ダイオード１００は、電極層１０３，発光層１０５，電極層１０４がこの順で基板１０１，１０２の間に積層された構成を有している。
発光層１０５は、正孔注入層１０５ａ，正孔輸送層１０５ｂ，有機発光層１０５ｃ，電子輸送層１０５ｄ，電子注入層１０５ｅがこの順に積層された構成となっている。
発光層１０５は、正孔注入層１０５ａ，正孔輸送層１０５ｂ，有機発光層１０５ｃ，電子輸送層１０５ｄ，電子注入層１０５ｅがこの順に積層された構成となっている。
この有機発光ダイオード１００は、電極層１０３と電極層１０４との間に電圧を印加すると発光層１０５が発光し、これにより基板１０１又は基板１０２側から外部へ光を照射するようになっている。
この有機発光ダイオード１００では、初期不良，経年劣化等による不具合や発光効率低下に起因して発光層１０５自体が異常発熱したり、過電流の発生により素子自体が異常発熱したりして、素子全体を破損させてしまうおそれがあった。このような異常発熱から保護するため、有機発光ダイオード１００を用いた照明装置並びに表示装置では、外付けでＰＴＣサーミスタやヒューズ等からなる保護回路を設けていた（ＰＴＣサーミスタとして、例えば、特許文献１乃至５参照）。
図１０にＰＴＣサーミスタの概略構造を示す。ＰＴＣサーミスタ１１０は、電極１１１，１１２の間にＰＴＣ素材１１３を配置した構成を有している。ＰＴＣ素材１１３は、温度が上昇すると、電気抵抗値が大きくなり、これにより電極１１１，１１２間に電流を流れ難くすることができる。
したがって、このようなＰＣＴサーミスタ等を含む保護回路を、自発光型素子，多数の自発光型素子からなる照明装置及び表示装置に適用することにより、素子の温度上昇時に電流を流れ難くして異常発熱を防止することができる。
しかしながら、上述のような保護回路を外付けで設けると、製造コストが上がってしまうと共に、装置全体が大型化してしまうという問題があった。
また、多数の自発光型素子からなる配列を有する照明装置や表示装置では、発光領域によって平均出力が異なることや、多数の自発光型素子間で製造バラツキがあること等により、自発光型素子毎に経年劣化の進行度合が異なり、同じ装置内で発光効率低下に起因する発熱が顕著になっていく領域と、そうでない領域とが生じる。
そして、多数の自発光型素子をアレイ配列した自発光型素子アレイ配列を有する照明装置や表示装置において、上記外付けの保護回路を設けたとしても、個別の発熱領域に対応して異常発熱を防止することができない。すなわち、ある個別領域での電流値や温度が基準値を超えていても、装置全体の電流値や温度が基準値を超えていなければ、保護回路を作動させることができない。したがって、上記照明装置や表示装置では、単に保護回路を設けても、特定領域の異常発熱を防止することができないという問題があった。
また、上記照明装置や表示装置に単に保護回路を設けた場合、保護回路が作動すると、異常発熱を起こした個別領域を含め、全領域の作動が停止される。このため、正常に作動する領域のみで全体としての明るさを確保して使用を継続することができるような場合であっても、装置全体の照明機能が失われてしまうという問題があった。
一方、このような装置において、個別の発熱領域に対応するように、分割された発光領域毎，自発光型素子アレイ配列毎，さらには多数の自発光型素子毎等の保護単位毎に上記外付けの保護回路を配設すると、製造コストが大幅に増大し現実的ではなく、また、装置が大型化してしまうという問題があった。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、経年劣化等による自発光型素子の異常発熱を個別に且つ安価に防止すると共に、省スペース化を図ることができる自発光型素子及び照明装置並びに表示装置を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために、本発明は、第１の電極層と、第２の電極層と、これらの電極層間に配置されこれらの電極層間に電流を流すことにより発光する発光層と、を備えた自発光型素子であって、温度上昇に基づいて前記第１及び第２の電極層間を流れる電流量を制限する機能性層を備えたことを特徴としている。
このように構成された本発明によれば、自発光型素子は、通常の作動状態では、第１の電極層と第２の電極層との間に電流が流れることにより、発光層が発光して発光素子として機能することができる。すなわち、この通常の作動状態では、機能性層が通常の設定温度範囲内の比較的低温に保持されるため、第１の電極層と第２の電極層との間の導通状態が良好に維持される。
しかしながら、経年変化による発光効率の低下等により、発光層等の温度が設定範囲以上に上昇したり、周囲温度が上昇したりしたような場合、この温度上昇により、機能性層が、第１の電極層と第２の電極層間の電流量を制限するようになる。これにより、素子温度の上昇を抑制することができ、素子が異常発熱することを個別且つ安価に防止することが可能となる。
そして、本発明では、この電流制限機能を機能性層によって実現することができるので、従来のように外付け保護回路を設ける場合と比べて、発光装置全体の省スペース化を図ることができる。
そして、本発明では、この電流制限機能を機能性層によって実現することができるので、従来のように外付け保護回路を設ける場合と比べて、発光装置全体の省スペース化を図ることができる。
また、本発明において好ましくは、さらに、第１の電極層と前記第２の電極層との間に、金属，導電性の金属酸化物膜，半透明の金属薄膜及び導電性の有機化合物から選択された材料からなる導電層が設けられる。このように構成された本発明によれば、導電層により、隣接する層に正孔又は電子の注入を促進することができる。特に、導電層は、発光層と機能性層との間に有することが好ましく、発光層への正孔又は電子の注入を促進し、発光効率を向上させることができる。
また、本発明において好ましくは、第２の電極層が機能性層である。このように構成された本発明によれば、第２の電極層を別途設けなくてもよいので、構成を簡単化することができる。
また、本発明において、具体的には、第１及び第２の電極層間に、発光層と、機能性層がこの順に積層されている。また、別の形態では、第１及び第２の電極層間に、発光層と、導電層と、機能性層がこの順に積層されている。また、別の形態では、第１の電極層と、発光層と、導電層と、機能性層である第２の電極層がこの順に積層されている。また、別の形態では、第１の電極層と、発光層と、機能性層である第２の電極層がこの順に積層されている。
また、本発明において好ましくは、発光層が、有機発光層又は無機発光層を含む。このように構成された本発明によれば、自発光型素子を有機発光層又は無機発光層を有するタイプのいずれかで構成することができる。
また、上記の目的を達成するために、本発明の照明装置は、上記自発光型素子を備えている。このように構成された本発明によれば、上記自発光型素子と同様に素子の異常発熱を個別且つ安価に防止することが可能であると共に、発光装置全体の省スペース化を図ることができる。
そして、照明装置を複数の自発光型素子で構成した場合においても、各自発光型素子が個別に電流制限機能を有しているので、各自発光型素子に対して個別に外付け保護回路を設けることなく、個別且つ安価に、さらに装置の省スペース化を図りつつ、各自発光型素子を発熱から保護することができる。
そして、照明装置を複数の自発光型素子で構成した場合においても、各自発光型素子が個別に電流制限機能を有しているので、各自発光型素子に対して個別に外付け保護回路を設けることなく、個別且つ安価に、さらに装置の省スペース化を図りつつ、各自発光型素子を発熱から保護することができる。
また、上記の目的を達成するために、本発明の表示装置は、上記自発光型素子のアレイ配列を備えている。このように構成された本発明によれば、上記照明装置と同様に、各自発光型素子に対して個別に外付け保護回路を設けることなく、個別且つ安価に、さらに装置の省スペース化を図りつつ、各自発光型素子を発熱から保護することができる。具体的に本発明の表示装置では、保護回路の内蔵化により携帯電話等のモバイル機器の更なる省スペース化を行うことが可能となり、また、表示素子全体，個別の表示領域又は画素単位での過電流保護を行うことが可能となる。
本発明によれば、経年劣化等による自発光型素子の異常発熱を個別に且つ安価に防止すると共に、省スペース化を図ることができる自発光型素子及び照明装置並びに表示装置を提供することができる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。先ず、図１，図２により、本発明の第１実施形態による自発光型素子を説明する。第１実施形態では、本発明の自発光型素子を有機ＥＬ素子に適用した例を示す。
図１は本発明の第１実施形態による自発光型素子の断面図、図２は図１のより詳細な断面図である。
図１は本発明の第１実施形態による自発光型素子の断面図、図２は図１のより詳細な断面図である。
図１に示すように、第１実施形態の有機ＥＬ素子１は、基板１２上に、電極層１４，機能性層１６，発光層１５，電極層１３が積層され、さらに電極層１３が基板１１で覆われた構成となっている。
基板１１，１２は、ガラス基板である。基板１１，１２は、少なくとも一方が可視光を透過することのできるものであり、ガラス基板以外に、プラスチック、高分子フィルム、シリコン基体（基板）等を使用することができる。基板の厚みは、有機ＥＬ素子１の用途（例えば、ディスプレイ、照明、フレキシブルディスプレイ等）により異なるが、通常、５０μｍ〜２ｍｍ程度である。
基板１１，１２は、ガラス基板である。基板１１，１２は、少なくとも一方が可視光を透過することのできるものであり、ガラス基板以外に、プラスチック、高分子フィルム、シリコン基体（基板）等を使用することができる。基板の厚みは、有機ＥＬ素子１の用途（例えば、ディスプレイ、照明、フレキシブルディスプレイ等）により異なるが、通常、５０μｍ〜２ｍｍ程度である。
電極層１３，１４は、層状に形成された陽極，陰極であり、発光層１５に電流を流す役割を担う。なお、電極層１３，１４は、それぞれ層状であるが、発光層１５に電流を流す役割を担うのであれば層状でなくてもよい。電極層１３，１４のうち、少なくとも光を照射する方向に位置するものは、透明又は半透明である。また、電極層１３，１４以外に補助電極層を設けてもよい。
電極層１３，１４を構成する材料は、金属、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等である。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、インジウム・スズ・オキサイド（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛・オキサイド、金、白金、銀、銅、バリウム、カルシウム、マグネシウム又はマグネシウム／銀合金等の金属又はそれらの酸化物である。また、これらの金属等にさらにアルミニウム、銀、クロム等を形成した多層構造をとってもよい。また、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体等の有機の透明導電膜を用いてもよい。
電極層１３，１４の厚みは、目的に応じて適宜設定することができるが、３ｎｍ〜１０μｍ程度であり、好ましくは２０ｎｍ〜１μｍ、さらに好ましくは２０ｎｍ〜５００ｎｍである。電極層１３，１４は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、インクジェット塗布法、スクリーン印刷法等によって形成することができる。
発光層１５、電極層１３，１４によって電圧が印加されることによって発光する。
具体的には、図２に示すように、発光層１５は、正孔注入層１５ａ，正孔輸送層１５ｂ，有機発光層１５ｃ，電子輸送層１５ｄ，電子注入層１５ｅが順に積層された構成を有する。各層を構成する材料は、公知の材料を使用することができる。
具体的には、図２に示すように、発光層１５は、正孔注入層１５ａ，正孔輸送層１５ｂ，有機発光層１５ｃ，電子輸送層１５ｄ，電子注入層１５ｅが順に積層された構成を有する。各層を構成する材料は、公知の材料を使用することができる。
正孔注入層１５ａは、正孔注入の効果を向上させるため、電極層１３に接して配置されている。
正孔注入層１５ａを形成するための正孔注入層材料は、特に制限されず、公知の材料を適宜用いることができる。具体的には、例えば、銅フタロシアニン等のフタロシアニン錯体、４，４'，４”−トリス（３―メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン等の芳香族アミン誘導体、ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有するオキサジアゾール誘導体、ポリチオフェン等を用いることができる。
正孔注入層１５ａを形成するための正孔注入層材料は、特に制限されず、公知の材料を適宜用いることができる。具体的には、例えば、銅フタロシアニン等のフタロシアニン錯体、４，４'，４”−トリス（３―メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン等の芳香族アミン誘導体、ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有するオキサジアゾール誘導体、ポリチオフェン等を用いることができる。
正孔注入層１５ａの厚みは、５〜３００ｎｍ程度であることが好ましい。厚みが５ｎｍ未満では製造が困難になる傾向にあり、厚みが３００ｎｍを超えると印加される電圧が大きくなる傾向にあるからである。
正孔輸送層１５ｂは、有機ＥＬ材料である有機発光層１５ｃへの正孔の輸送効果の効率を向上させるため、正孔注入層１５ａに接して配置されている。
正孔輸送層１５ｂを形成するための正孔輸送層材料は、特に制限されず、公知の材料を適宜用いることができる。具体的には、例えば、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（３−メチルフェニル）４，４’−ジアミノビフェニル（ＴＰＤ）、ＮＰＢ（４，４'−ｂｉｓ［Ｎ−（１−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｏ］ｂｉｐｈｅｎｙｌ）等の芳香族アミン誘導体等を用いることができる。
正孔輸送層１５ｂを形成するための正孔輸送層材料は、特に制限されず、公知の材料を適宜用いることができる。具体的には、例えば、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（３−メチルフェニル）４，４’−ジアミノビフェニル（ＴＰＤ）、ＮＰＢ（４，４'−ｂｉｓ［Ｎ−（１−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｏ］ｂｉｐｈｅｎｙｌ）等の芳香族アミン誘導体等を用いることができる。
正孔輸送層１５ｂの厚みは、特に制限されず、目的の設計に応じて適宜変更することができるが、５〜１００ｎｍ程度であることが好ましい。厚みが５ｎｍ未満では、製造が困難になったり、正孔輸送の効果が十分に得られなくなったりする傾向にあり、厚みが１００ｎｍを超えると印加される電圧が大きくなる傾向にあるからである。
有機発光層１５ｃは、正孔輸送層１５ｂ及び電子輸送層１５ｄに接して配置されており、両側の層から輸送された正孔と電子が再結合し励起されることにより、外部に向けて発光する。有機発光層１５ｃを構成する材料は、低分子化合物でも高分子化合物でもよい。
具体的に、有機発光層１５ｃを構成する低分子化合物は、ナフタレン誘導体、アントラセンもしくはその誘導体、ペリレンもしくはその誘導体、ポリメチン系、キサンテン系、クマリン系、シアニン系などの色素類、８−ヒドロキシキノリンもしくはその誘導体の金属錯体、芳香族アミン、テトラフェニルシクロペンタジエンもしくはその誘導体、またはテトラフェニルブタジエンもしくはその誘導体等である。
また、具体的に、有機発光層１５ｃを構成する高分子化合物は、ポリフルオレン、その誘導体および共重合体、ポリアリーレン、その誘導体および共重合体、ポリアリーレンビニレン、その誘導体および共重合体、ポリアリールアミン、その誘導体および共重合体等である。
また、発光層１５を構成する有機発光層１５ｃの構成材料に、イリジウムを中心金属とするＩｒ（ｐｐｙ）3、Ｂｔｐ2Ｉｒ（ａｃａｃ）、白金を中心金属とするＰｔＯＥＰ、ユーロピウムを中心金属とするＥｕ（ＴＴＡ）3ｐｈｅｎ等、三重項発光を示すことのできる材料を使用してもよい。
電子輸送層１５ｄは、有機ＥＬ材料である有機発光層１５ｃに電子輸送効果の効率を向上させるため、有機発光層１５ｃに接して配置されている。
電子輸送層１５ｄを形成する材料は、特に制限されず、電子輸送性を備えた公知の材料を用いることができる。具体的には、例えば、ポリサイクリックハイドロカーボン系列誘導体、ヘテロサイクリック化合物、トリス（８−キノリノライト）アルミニウム等を用いることができる。
電子輸送層１５ｄを形成する材料は、特に制限されず、電子輸送性を備えた公知の材料を用いることができる。具体的には、例えば、ポリサイクリックハイドロカーボン系列誘導体、ヘテロサイクリック化合物、トリス（８−キノリノライト）アルミニウム等を用いることができる。
電子注入層１５ｅは、電子注入の効果を向上させるため、電極層１４に接して配置されている。
電子注入層１５ｅを形成するための電子注入層材料は、特に制限されず、公知の材料を適宜用いることができる。具体的には、例えば、Ｂａ、Ｃａ、ＣａＦ、ＬｉＦ、Ｌｉ、ＮａＦ等を用いることができる。
また、電子注入層１５ｅの厚みは、３〜５０ｎｍ程度であることが好ましい。厚みが３ｎｍ未満では、製造が困難になる傾向にあり、５０ｎｍを超えると印加される電圧が大きくなる傾向にあるからである。
電子注入層１５ｅを形成するための電子注入層材料は、特に制限されず、公知の材料を適宜用いることができる。具体的には、例えば、Ｂａ、Ｃａ、ＣａＦ、ＬｉＦ、Ｌｉ、ＮａＦ等を用いることができる。
また、電子注入層１５ｅの厚みは、３〜５０ｎｍ程度であることが好ましい。厚みが３ｎｍ未満では、製造が困難になる傾向にあり、５０ｎｍを超えると印加される電圧が大きくなる傾向にあるからである。
なお、本実施形態では、発光層１５が、正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層（「／」は隣合う層が接していることを示す。以下同じ。）で構成されていたが、これに限らず、以下のような構成としてもよい。
ａ）有機発光層
ｂ）正孔輸送層／有機発光層
ｃ）有機発光層／電子輸送層
ｄ）正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層
ｅ）正孔注入層／有機発光層
ｆ）有機発光層／電子注入層
ｇ）正孔注入層／有機発光層／電子注入層
ｈ）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層
ｉ）正孔輸送層／有機発光層／電子注入層
ｊ）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子注入層
ｋ）正孔注入層／有機発光層／電子輸送層
ｌ）有機発光層／電子輸送層／電子注入層
ｍ）正孔注入層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層
ｎ）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層
ｏ）正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層
ｐ）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層
なお、上記構成ｐは、第１実施形態の構成である。
ａ）有機発光層
ｂ）正孔輸送層／有機発光層
ｃ）有機発光層／電子輸送層
ｄ）正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層
ｅ）正孔注入層／有機発光層
ｆ）有機発光層／電子注入層
ｇ）正孔注入層／有機発光層／電子注入層
ｈ）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層
ｉ）正孔輸送層／有機発光層／電子注入層
ｊ）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子注入層
ｋ）正孔注入層／有機発光層／電子輸送層
ｌ）有機発光層／電子輸送層／電子注入層
ｍ）正孔注入層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層
ｎ）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層
ｏ）正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層
ｐ）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層
なお、上記構成ｐは、第１実施形態の構成である。
機能性層１６は、通常は抵抗値が低く、電極層１３，１４間の良好な導電状態を確保する。しかしながら、機能性層１６は、周囲温度の上昇又は機能性層１６自体の発熱により層温度が上昇すると、抵抗値が通常の値と比べて相当程度まで大きくなり、電流量を制限する温度依存型の電流制限素子として機能する。すなわち、機能性層１６は、温度上昇に応じて抵抗値が上昇するＰＴＣ（positive temperature coefficient）サーミスタ機能、又は温度上昇に応じて導電体から絶縁体に変化するヒューズ機能を有している。
ＰＴＣサーミスタ機能を有するＰＴＣ素体からなる機能性層１６は、素子温度が所定の閾値以下では、機能性層１６全体の抵抗値が数ｍΩ〜数十Ω、好ましくは数ｍΩ〜数百ｍΩという非常に低い値を保つが、素子温度が上昇し所定の閾値を超えると、急激に抵抗値が上昇する特性を有する。温度Ｔのときの機能性層１６の抵抗値Ｒは次式で表すことができる。
Ｒ＝Ｒ0・ｅｘｐ｛α（１／Ｔ−１／Ｔ0｝
ただし、Ｒ0は温度Ｔ0のときの抵抗値であり、αはサーミスタ係数である。
Ｒ＝Ｒ0・ｅｘｐ｛α（１／Ｔ−１／Ｔ0｝
ただし、Ｒ0は温度Ｔ0のときの抵抗値であり、αはサーミスタ係数である。
機能性層１６の設計抵抗特性は、有機ＥＬ素子１の使用目的と環境に応じて幅を持たせることができる。機能性層１６は、閾値温度以下ではその抵抗値が好ましくは数ｍΩ〜数百ｍΩの間に収まり、閾値温度以上になると抵抗値が急激に又は徐々に上昇していき、最終的に閾値温度以下の抵抗値の１０8倍以上に達する。閾値温度は、６０〜１００℃であることが好ましく、６０〜８０℃であることがより好ましい。機能性層１６の抵抗値は、閾値温度以上では、温度上昇に伴って、指数関数的又は線形的に上昇する。
機能性層１６を構成するＰＴＣ素体は、ポリマー中に導電性微粒子がほぼ均一に分散された構成である。この構成により、安定したサーミスタ特性を得ることができる。
ＰＴＣ素体を構成するポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、アイオノマー樹脂、ポリオレフィン等である。ＰＴＣ素体を構成する導電性微粒子は、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、導電性ウィスカー、導電性セラミック紛、ニッケル、銅、金、銀、鉄、クロム等である。
ＰＴＣ素体を構成するポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、アイオノマー樹脂、ポリオレフィン等である。ＰＴＣ素体を構成する導電性微粒子は、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、導電性ウィスカー、導電性セラミック紛、ニッケル、銅、金、銀、鉄、クロム等である。
また、機能性層１６は、上記構成に限らず、表面に多数の微小な凹凸を設けた上記導電性微粒子からなる層の間に上記ポリマーからなる薄膜層を配置した積層体であってもよい。この積層体では、表面に形成された導電性微粒子の微小な凹凸により、擬似的に導電性微粒子の分散状態を形成している。
また、機能性層１６は、上記構成に限らず、ＰＴＣサーミスタ特性を有する材料で形成することができる。
また、機能性層１６は、上記構成に限らず、ＰＴＣサーミスタ特性を有する材料で形成することができる。
なお、機能性層１６は、閾値温度以下ならば数ｍΩ〜数百ｍΩの間の抵抗値を有するため、電極層１３，１４の代わりに機能性層１６を配置して、これを電極層として使用する構成としてもよい。
次に、上述した実施形態による自発光素子の作用（効果）を説明する。
有機ＥＬ素子１の電極層１３と電極層１４に外部電源を接続し、定電流駆動により、電極層１３と電極層１４の間に定電流を印加すると、発光層１５が発光する。有機ＥＬ素子１では、設定範囲内の電流が流れるときには、機能性層１６が数ｍΩ〜数百ｍΩの間の抵抗値を保持する。
有機ＥＬ素子１の電極層１３と電極層１４に外部電源を接続し、定電流駆動により、電極層１３と電極層１４の間に定電流を印加すると、発光層１５が発光する。有機ＥＬ素子１では、設定範囲内の電流が流れるときには、機能性層１６が数ｍΩ〜数百ｍΩの間の抵抗値を保持する。
しかしながら、経年劣化等により有機ＥＬ素子１の発光効率が下がると、発光層１５の発熱量が増し、発光層１５の熱が機能性層１６に伝播してくる。また、発光効率の低下により、定電流駆動された有機ＥＬ素子１では、電極層１３，１４間の電圧が上昇する。これにより、機能性層１６の温度がある閾値を超えると、機能性層１６の抵抗値が急激に上昇し有機ＥＬ素子１への電力供給を制限（遮断を含む）する。このように有機ＥＬ素子１への電力供給が制限されることにより、有機ＥＬ素子１は、異常発熱を防止することができる。
このように、本実施形態では、有機ＥＬ素子１の異常発熱を防止することができる機能性層１６を、有機ＥＬ素子１の層構造中に形成したので、有機ＥＬ素子１を含む照明装置並びに表示装置の製造が容易であり、且つ、従来のように外付け保護回路を設ける必要がない。これにより、有機ＥＬ素子１の発光装置の省スペース化を図ることができる。
次に、図３，４に基づいて、本発明の第２実施形態による自発光型素子を説明する。なお、以下の実施形態では、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、相違する部分を主に説明して重複する説明は省略する。
図３に示すように、第２実施形態の有機ＥＬ素子１では、発光層１５と機能性層１６との間に接して導電層１７が設けられている。
図３に示すように、第２実施形態の有機ＥＬ素子１では、発光層１５と機能性層１６との間に接して導電層１７が設けられている。
導電層１７は、電子及び正孔の層間の移動を補助し、発光層１５での発光を促進するために発光層１５と機能性層１６との間に設けられている。導電層１７に含まれる材料としては、金属，導電性の金属酸化物膜，半透明の金属薄膜，導電性の有機化合物があげられ、このうち特に金属，導電性の金属酸化物膜，半透明の金属薄膜が好ましい。金属，導電性の金属酸化物膜，半透明の金属薄膜の具体例は、前述の電極層１３，１４と同じ材料があげられる。また、導電性の有機化合物の具体例としては、前述の正孔注入層材料，正孔輸送層材料，電子輸送層材料で説明した材料と同じ材料があげられる。この導電層１７により、発光層１５の発光効率を向上させることができる。
図４に示すように、発光層１５は、第１実施形態と同様の層構成とすることができる。
このように構成された第２実施形態の有機ＥＬ素子１においても、第１実施形態の有機ＥＬ素子と同様の作用効果を奏することができる。
このように構成された第２実施形態の有機ＥＬ素子１においても、第１実施形態の有機ＥＬ素子と同様の作用効果を奏することができる。
次に、図５に基づいて、本発明の第３実施形態による自発光型素子を説明する。
図５に示すように、第３実施形態の有機ＥＬ素子１では、第２実施形態と同様に発光層１５と機能性層１６との間に接して導電層１７が設けられているが、第１及び第２実施形態と異なり電極層１４が設けられていない。また、発光層１５の構成は、第１実施形態と同様にすることができる。
図５に示すように、第３実施形態の有機ＥＬ素子１では、第２実施形態と同様に発光層１５と機能性層１６との間に接して導電層１７が設けられているが、第１及び第２実施形態と異なり電極層１４が設けられていない。また、発光層１５の構成は、第１実施形態と同様にすることができる。
第３実施形態では、電極層１４を省略した構成とし、機能性層１６を電極層１４の代わりに用いている。これにより、有機ＥＬ素子１の層構成を簡単化することができる。
このように構成された第３実施形態の有機ＥＬ素子１においても、第１実施形態の有機ＥＬ素子と同様の作用効果を奏することができる。
このように構成された第３実施形態の有機ＥＬ素子１においても、第１実施形態の有機ＥＬ素子と同様の作用効果を奏することができる。
次に、図６に基づいて、本発明の第４実施形態による自発光型素子を説明する。
図６に示すように、第４実施形態の有機ＥＬ素子１では、第３実施形態の構成から導電層１７を省略した構成であり、第１及び第２実施形態と異なり電極層１４が設けられていない。また、発光層１５の構成は、第１実施形態と同様にすることができる。
図６に示すように、第４実施形態の有機ＥＬ素子１では、第３実施形態の構成から導電層１７を省略した構成であり、第１及び第２実施形態と異なり電極層１４が設けられていない。また、発光層１５の構成は、第１実施形態と同様にすることができる。
第４実施形態の構成においても、第３実施形態の構成と同様に、機能性層１６を電極層１４の代わりに用いることができる。このように第４実施形態では、電極層１４及び導電層１７を省略することにより、構成を簡単化している。
このように構成された第４実施形態の有機ＥＬ素子１においても、第１実施形態の有機ＥＬ素子と同様の作用効果を奏することができる。
このように構成された第４実施形態の有機ＥＬ素子１においても、第１実施形態の有機ＥＬ素子と同様の作用効果を奏することができる。
次に、図７に基づいて、本発明の第５実施形態による有機ＥＬ素子１を説明する。
図７に示すように、第５実施形態の有機ＥＬ素子１は、基板１２上に電極層１３，発光層１５を積層すると共に、絶縁層１８を挟んで、基板１２上に電極層１４，機能性層１６を積層させ、さらに発光層１５と機能性層１６を覆うように導電層１７を形成し、これらを基板１１で覆った構成を有している。機能性層１６と発光層１５は、絶縁層１８によって両端部が区画されている。絶縁層１８によって隣接する層は、電気的に絶縁されている。この有機ＥＬ素子１は、フォトリソグラフィ技術等によって形成することができる。
図７に示すように、第５実施形態の有機ＥＬ素子１は、基板１２上に電極層１３，発光層１５を積層すると共に、絶縁層１８を挟んで、基板１２上に電極層１４，機能性層１６を積層させ、さらに発光層１５と機能性層１６を覆うように導電層１７を形成し、これらを基板１１で覆った構成を有している。機能性層１６と発光層１５は、絶縁層１８によって両端部が区画されている。絶縁層１８によって隣接する層は、電気的に絶縁されている。この有機ＥＬ素子１は、フォトリソグラフィ技術等によって形成することができる。
図７に示した有機ＥＬ素子１は、図１に示した有機ＥＬ素子を構成する各層を高さ方向のみに積層するのではなく、平面的に展開して形成した構成である。
本実施形態の有機ＥＬ素子１では、電極層１３と電極層１４の間に定電流を印加すると、発光層１５が発光する。
本実施形態の有機ＥＬ素子１では、電極層１３と電極層１４の間に定電流を印加すると、発光層１５が発光する。
経年劣化等により発光層１５の発光効率が低下して発熱量が増すと、定電流駆動のため電極層１３と電極層１４間の電圧は上昇し、さらに機能性層１６に発光層１５の熱が伝播してくる。機能性層１６の温度がある閾値を超えると、急激に抵抗値が上昇するため、有機ＥＬ素子１への電力供給を制限することができる。これにより、有機ＥＬ素子１の異常発熱を防止することができる。
また、本実施形態の有機ＥＬ素子１では、従来のように外付け保護回路を設ける必要がないので、発光装置の省スペース化を図ることができる。
また、本実施形態の有機ＥＬ素子１では、従来のように外付け保護回路を設ける必要がないので、発光装置の省スペース化を図ることができる。
次に、図８に基づいて、本発明の第６実施形態による照明装置２を説明する。
図８は、照明装置２の正面図である。照明装置２は、同一の基板１２上に配置された有機ＥＬ素子１（１ａ乃至１ｐ）のｎ×ｍ（図８では４×４）のアレイ配列と、端子部２ａ，２ｂとを備えている。有機ＥＬ素子１は、上記実施形態記載と同様のものである。端子部２ａ，２ｂは、それぞれ各有機ＥＬ素子１の電極層１３，１４に接続されており、外部電源を給電することができるようになっている。なお、図８では基板１１の図示を省略している。
図８は、照明装置２の正面図である。照明装置２は、同一の基板１２上に配置された有機ＥＬ素子１（１ａ乃至１ｐ）のｎ×ｍ（図８では４×４）のアレイ配列と、端子部２ａ，２ｂとを備えている。有機ＥＬ素子１は、上記実施形態記載と同様のものである。端子部２ａ，２ｂは、それぞれ各有機ＥＬ素子１の電極層１３，１４に接続されており、外部電源を給電することができるようになっている。なお、図８では基板１１の図示を省略している。
照明装置２は、定電流駆動により、端子部２ａ，２ｂ間に定電流が流れて発光する。
照明装置２を長期間使用すると経年変化等により、全体的に発光効率が低下し、熱へ変換される割合が大きくなっていく。例えば、有機ＥＬ素子１ａ，１ｅ，１ｉ，１ｍ，１ｎ，１ｏ，１ｐが、それ以外のものに比べて劣化が早い場合、端子部２ａ，２ｂ間に定電流が流れているため、劣化が遅い有機ＥＬ素子１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｊ，１ｋ，１ｌに電流が集中する。
照明装置２を長期間使用すると経年変化等により、全体的に発光効率が低下し、熱へ変換される割合が大きくなっていく。例えば、有機ＥＬ素子１ａ，１ｅ，１ｉ，１ｍ，１ｎ，１ｏ，１ｐが、それ以外のものに比べて劣化が早い場合、端子部２ａ，２ｂ間に定電流が流れているため、劣化が遅い有機ＥＬ素子１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｊ，１ｋ，１ｌに電流が集中する。
電流が集中した有機ＥＬ素子１は、輝度が上昇すると共に、発熱が顕著となる。このとき、電流が集中した有機ＥＬ素子１の温度がある閾値を超えると、その機能性層１６の抵抗値が急激に上昇する。これにより、機能性層１６の抵抗値が上昇した有機ＥＬ素子１は、電流が流れにくくなり、劣化が早い有機ＥＬ素子１と発熱が均衡する部分で安定し、すべての有機ＥＬ素子１が閾値以下の温度を保つ輝度で発光するようになる。
また、有機ＥＬ素子１ｉに明点が発生し電流が集中した場合、この有機ＥＬ素子１ｉは急激に発熱する。照明装置２が定電流駆動されているので、有機ＥＬ素子１ｉ以外の有機ＥＬ素子１は、電流供給が制限され、意図した輝度レベルで発光することができなくなる。しかしながら、有機ＥＬ素子１ｉの温度がある閾値を超えると、機能性層１６の抵抗値が急激に上昇する。抵抗値が上昇した有機ＥＬ素子１ｉは電流供給が大幅に制限され、有機ＥＬ素子１ｉに集中していた電流は、周辺の有機ＥＬ素子１へ均等に分配される。これにより、有機ＥＬ素子１ｉは閾値以下の温度を保つ輝度で発光し、その周辺の有機ＥＬ素子１は意図した輝度で発光するようになる。
このように、本実施形態の照明装置２では、経年劣化等による明点やリークパスの発生により特定の有機ＥＬ素子１に電流が集中したとき、電流が集中した有機ＥＬ素子１の機能性層１６の抵抗値が上昇する。これにより、その他の有機ＥＬ素子１へ電流が分配されるようになり、電流が集中していた有機ＥＬ素子１の異常発熱を抑えることができる。
また、本実施形態の照明装置２では、各有機ＥＬ素子１の層構造中に機能性層１６を形成したので、各有機ＥＬ素子１の異常発熱を個別に且つ安価に防止することができる。
本発明の照明装置は、経年劣化した素子に流れる電流のみが制限（遮断）され、他の素子は発光し続けるため、長寿命となる。また、経年劣化しても異常発熱が防止されるため、長期間安全に使用することが可能である。
また、本実施形態の照明装置２では、各有機ＥＬ素子１の層構造中に機能性層１６を形成したので、各有機ＥＬ素子１の異常発熱を個別に且つ安価に防止することができる。
本発明の照明装置は、経年劣化した素子に流れる電流のみが制限（遮断）され、他の素子は発光し続けるため、長寿命となる。また、経年劣化しても異常発熱が防止されるため、長期間安全に使用することが可能である。
なお、上記実施形態では、照明装置２が有機ＥＬ素子１のアレイ配列を有し、このアレイ配列により１つの発光領域を構成していたが、これに限らず、１素子のみの有機ＥＬ素子１からなるタイプや、１素子又は複数素子の配列からなる発光領域が複数に分割配置されたタイプ等の照明装置を構成することができる。
また、図８に示した有機ＥＬ素子１のアレイ配列構造を表示装置に適用することができる。すなわち、この場合、端子部２ａ，２ｂは、それぞれアレイ配列の行方向，列方向の各有機ＥＬ素子１に対応した複数のサブ端子を有する。そして、端子部２ａ，２ｂ中のサブ端子を適宜に組合せることにより、有機ＥＬ素子１を選択的に点灯することができる。これにより、有機ＥＬ素子１のアレイ配列構造を表示装置として用いることができる。
このように構成することにより、表示装置内に、保護回路を内蔵化することができ、例えば、携帯電話等のモバイル機器の更なる省スペース化を行うことが可能となる。また、表示素子全体，個別の表示領域又は画素単位での過電流保護を行うことが可能となる。
上記実施形態では、発光層１５が有機発光材料を用いて形成された有機発光層であり、自発光型素子が有機ＥＬ素子又は有機発光ダイオードである例を示したが、これに限らず、発光層を無機発光材料を用いて形成した無機発光層として、自発光型素子を無機発光ダイオードとしてもよい。
また、上記実施形態では、機能性層１６の抵抗値が、ある温度閾値を境に急激に変化するように設定されていたが、これに限らず、温度上昇と共に徐々に、例えば線形関係で抵抗値が上昇していくように設定してもよい。
また、上記実施形態では、機能性層１６が温度上昇に基づく可変抵抗特性を有するサーミスタ機能を有していたが、これに限らず、機能性層１６が閾値温度を超えたときに絶縁状態となるヒューズ機能を有していてもよい。
１ 有機ＥＬ素子
２ 照明装置
２ａ，２ｂ 端子部
１１，１２ 基板
１３，１４ 電極層
１５ 発光層
１５ａ 正孔注入層
１５ｂ 正孔輸送層
１５ｃ 有機発光層
１５ｄ 電子輸送層
１５ｅ 電子注入層
１６ 機能性層
１７ 導電層
１８ 絶縁層
１００ 有機発光ダイオード
１０１，１０２ 基板
１０３，１０４ 電極層
１０５ 発光層
１０５ａ 正孔注入層
１０５ｂ 正孔輸送層
１０５ｃ 有機発光層
１０５ｄ 電子輸送層
１０５ｅ 電子注入層
１１０ サーミスタ
１１１，１１２ 電極
１１３ ＰＴＣ素材
２ 照明装置
２ａ，２ｂ 端子部
１１，１２ 基板
１３，１４ 電極層
１５ 発光層
１５ａ 正孔注入層
１５ｂ 正孔輸送層
１５ｃ 有機発光層
１５ｄ 電子輸送層
１５ｅ 電子注入層
１６ 機能性層
１７ 導電層
１８ 絶縁層
１００ 有機発光ダイオード
１０１，１０２ 基板
１０３，１０４ 電極層
１０５ 発光層
１０５ａ 正孔注入層
１０５ｂ 正孔輸送層
１０５ｃ 有機発光層
１０５ｄ 電子輸送層
１０５ｅ 電子注入層
１１０ サーミスタ
１１１，１１２ 電極
１１３ ＰＴＣ素材
Claims (10)
- 第１の電極層と、第２の電極層と、これらの電極層間に配置されこれらの電極層間に電流を流すことにより発光する発光層と、を備えた自発光型素子であって、
温度上昇に基づいて前記第１及び第２の電極層間を流れる電流量を制限する機能性層を備えたことを特徴とする自発光型素子。 - さらに、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に、金属，導電性の金属酸化物膜，半透明の金属薄膜及び導電性の有機化合物から選択された材料からなる導電層が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の自発光型素子。
- 前記第２の電極層が前記機能性層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の自発光型素子。
- 前記第１及び第２の電極層間に、前記発光層と、前記機能性層がこの順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の自発光型素子。
- 前記第１及び第２の電極層間に、前記発光層と、前記導電層と、前記機能性層がこの順に積層されていることを特徴とする請求項２に記載の自発光型素子。
- 前記第１の電極層と、前記発光層と、前記導電層と、前記機能性層である第２の電極層がこの順に積層されていることを特徴とする請求項３に記載の自発光型素子。
- 前記第１の電極層と、前記発光層と、前記機能性層である第２の電極層がこの順に積層されていることを特徴とする請求項３に記載の自発光型素子。
- 前記発光層が、有機発光層又は無機発光層を含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の自発光型素子。
- 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の自発光型素子を備えた照明装置。
- 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の自発光型素子のアレイ配列を備えた表示装置。
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| KR101770002B1 (ko) * | 2009-08-13 | 2017-08-21 | 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 | 디스플레이 및 조명 디바이스와 태양 전지를 위한 광학적 및 전기적 성능이 개선된 전도성 필름 또는 전극 |
| US10114257B2 (en) | 2009-08-13 | 2018-10-30 | 3M Innovative Properties Company | Conducting film or electrode with improved optical and electrical performance for display and lighting devices and solar cells |
| JP2012186456A (ja) * | 2011-02-14 | 2012-09-27 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 発光モジュール、発光パネルおよび照明装置 |
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