JP2009054426A - 発光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡単な構成の点灯装置で点灯可能としながらも、光出力のばらつきを抑えることができる発光モジュールおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】出力検知端子１１は各給電端子７，８に対してそれぞれ抵抗素子Ｒ１，Ｒ２を介して接続される。各抵抗素子Ｒ１，Ｒ２は、給電端子７，８への給電時に発光素子１の光出力に対して予め定められた関係となる出力を出力検知端子１１に生じるように抵抗値が設定される。抵抗素子Ｒ１は、給電端子７，８や出力検知端子１１と同じ基板２上に形成された薄膜状の抵抗体からなり、抵抗値が固定的に決まっている固定領域Ｒ１ａと抵抗値を調整可能なトリミング領域Ｒ１ｂとを有する。抵抗素子Ｒ１の抵抗値は、トリミング領域Ｒ１ｂにレーザトリミングを施すことで調整される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力供給されることで発光する発光層を基板上に有した発光素子を備える発光モジュールおよびその製造方法に関する。

従来から、基板上に薄膜状の発光層を有して成る面発光型の発光素子（たとえば有機ＥＬ素子）を備え、直流電力が供給されることで面状に発光する種々の発光モジュールが提供されている。

ところで、この種の発光モジュールにおいては、製造時などに発光素子の特性にばらつきが生じると、同一の直流電力が供給されていても発光モジュール間で光出力にばらつきを生じることとなる。そのため、たとえば大面積の発光源を構成する場合などに、上記発光モジュールを複数並設して発光させることがあるが、このような場合には、隣接する発光モジュール間で光出力に差が生じ、見映えが悪くなるという問題がある。

そこで、発光モジュール間での光出力のばらつきを抑えるために、各発光モジュールに、それぞれの発光素子の特性を記憶した半導体メモリを設け、この半導体メモリから読み出した発光素子の特性に応じて、発光素子への供給電力を制御することが考えられている（たとえば特許文献１参照）。
特開２００７−１７３０８８号公報（第４頁）

しかし、上述した発光モジュールのように、発光素子の特性を記憶した半導体メモリを用いる場合、発光モジュールを点灯させるためには、半導体メモリから前記特性を読み出すことができ、且つ読み出した特性に応じて供給電力を制御することができる専用の点灯装置が必要になって、点灯装置の構成が複雑になるという問題がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、比較的簡単な構成の点灯装置で点灯可能としながらも、光出力のばらつきを抑えることができる発光モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、電力供給されることで発光する発光層を基板上に有した発光素子と、前記基板上に形成され発光素子に電力を供給する一対の給電端子と、前記基板上に形成され給電端子への給電時に発光素子の光出力に対して予め定められた関係となる出力を生じる出力検知端子とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、出力検知端子は、給電端子への給電時に発光素子の光出力に対して予め定められた関係となる出力を生じるので、点灯装置においては、出力検知端子の出力に基づいて発光素子への供給電力を制御するフィードバック制御を行うだけで、発光素子を所望の光出力で点灯させることができる。たとえば、複数の発光モジュールを点灯させる場合に、出力検知端子の出力が同一となるように発光モジュールへの供給電力を制御すれば、発光モジュール間の光出力のばらつきを抑制することができる。すなわち、比較的簡単な構成の点灯装置で点灯可能でありながらも、光出力のばらつきを抑制することができるという利点がある。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記出力検知端子が、各給電端子に対してそれぞれ抵抗素子を介して接続されており、各抵抗素子が、給電端子への給電時に前記発光素子の光出力に対して予め定められた関係となる出力を出力検知端子に生じるように抵抗値が設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、出力検知端子の出力は抵抗素子の抵抗値によって設定されるので、請求項１の構成を簡単な設定で実現することができる。

請求項３の発明は、請求項２記載の発光モジュールの製造方法であって、前記基板上に前記抵抗素子の少なくとも一部を構成する薄膜状の抵抗体を形成する抵抗体形成工程と、前記発光素子の光出力および前記出力検知端子の出力を監視しながら給電端子への供給電力を変化させ、発光素子の光出力が規定値となった時点での出力検知端子の出力が所定値となるように前記抵抗体の抵抗値をトリミングにより調整する抵抗値調整工程とを有することを特徴とする。

この発明によれば、抵抗値調整工程では、基板上に形成された薄膜状の抵抗体の抵抗値をトリミングにより調整するので、給電端子への給電時に発光素子の光出力に対して予め定められた関係となる出力を出力検知端子に生じるように、抵抗素子の抵抗値を簡単に且つ精度よく設定することができる。

本発明は、出力検知端子が、給電端子への給電時に発光素子の光出力に対して予め定められた関係となる出力を生じるので、点灯装置においては、出力検知端子の出力に基づいて発光素子への供給電力を制御するフィードバック制御を行うだけで、発光素子を所望の光出力で点灯させることができ、したがって、比較的簡単な構成の点灯装置で点灯可能でありながらも、光出力のばらつきを抑制することができるという利点がある。

本実施形態の発光モジュールは、直流電力が供給されることで発光する発光素子と、発光素子に直流電力を供給する一対の給電端子と、給電端子への給電時に発光素子の光出力に対して予め定められた関係となる出力を生じる出力検知端子とを備えている。

発光素子１は、図２に示すように、たとえばガラスのような透光性を有する絶縁材料からなる基板２と、基板２上に設けられた薄膜状の陽極電極３と、陽極電極３上に設けられた発光層４と、陽極電極３との間に発光層４を挟む薄膜状の陰極電極５と、たとえばシリコン樹脂からなる封止層６とを有している。ここでは、発光層４は厚さ方向に通電されることにより発光する有機薄膜であって、発光素子１は有機ＥＬ素子を構成する。陽極電極３は、透明電極材料であるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）のように透光性を有する導電材料から形成され、発光層４で発生した光を基板２側に透過させる。一方、陰極電極５は、金属（たとえばアルミニウム）薄膜からなり、発光層４で発生した光を陽極電極３側に反射する。

この構成により、陽極電極３が陽極、陰極電極５が陰極となるように陽極電極３−陰極電極５間に直流電力を供給すれば、発光層４からの光は陽極電極３および基板２を通して図２の下方に出射され、基板２において発光層４に対応する部分が面状に発光することとなる。本実施形態では、陽極電極３や陰極電極５や発光層４を基板２よりも小さく形成しており、基板２と発光層４とはそれぞれ互いに辺を平行とする矩形状に形成されている。封止層６は、陰極電極５の表面および側面と発光層４の側面とを覆う形に形成されている。なお、図２の例では、陰極電極５は、陽極電極３と略同じ大きさに形成されているが、陽極電極３に対して厚み方向に全域が重なるのではなく一部（図２の右端部）が陽極電極３から食み出すように、陽極電極３に対して図中右方にずれて配設されている。ここで発光層４は、陽極電極３と陰極電極５との対向面間の全域に存在するように、陽極電極３の端面（図２の右端面）に沿って延設されている。

給電端子には、図１に示すように、陽極電極３に電気的に接続された陽極の給電端子７と、陰極電極５に電気的に接続された陰極の給電端子８とがあり、両給電端子７，８は、図１に示すように上述した発光素子１の基板２上に設けられている。具体的には、各給電端子７，８は、基板２における発光層４を設けた一表面上であって、陽極電極３および陰極電極５の周辺となる部位にそれぞれ形成されている。各給電端子７，８は、それぞれ基板２の前記一表面の一辺に接する形の長方形状に形成されており、前記一辺の長手方向の各端部にそれぞれ配置される。基板２の前記一表面上には、給電端子７より細幅であって陽極電極３に連続した導体パターンからなる第１の電路９と、給電端子８より細幅であって陰極電極５に連続した導体パターンからなる第２の電路１０とが形成されており、第１の電路９は陽極の給電端子７を陽極電極３に接続し、第２の電路１０は陰極の給電端子８を陰極電極５に接続する。

出力検知端子１１は、各極の給電端子７，８と同様、基板２の前記一表面の前記一辺に接する形の長方形状に形成されており、前記一辺の長手方向の中央部よりもやや陰極の給電端子８寄りの位置に配置されている。各給電端子７，８および出力検知端子１１は、それぞれ外部回路（後述の点灯装置等）を接続する端子として機能する。

ところで、本実施形態の発光モジュールＭでは、出力検知端子１１は各給電端子７，８に対してそれぞれ抵抗素子Ｒ１，Ｒ２を介して接続されている。すなわち、各給電端子７，８に接続された一対の電路９，１０間には一対の抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の直列回路が接続されており、出力検知端子１１は、これら抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の接続点に出力検知端子１１より細幅の第３の電路１２を介して接続される。ここで、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の直列回路の両端間の抵抗値は高抵抗とすることが望ましい。なお、各電路９，１０，１２と各給電端子７，８と出力検知端子１１とは、いずれもめっき（たとえばクロムめっき）によって形成されており、封止層６で覆われることなく外部に露出されている。

ここにおいて、各抵抗素子Ｒ１，Ｒ２は、給電端子７，８への給電時に発光素子１の光出力に対して予め定められた関係となる出力を出力検知端子１１に生じるように抵抗値が設定される。具体的に説明すると、出力検知端子１１からは、給電端子７，８に印加される直流電圧を抵抗素子Ｒ１，Ｒ２で分圧した電圧が出力として得られるので、給電端子７，８に印加される直流電圧の大きさに対する出力検知端子１１の出力（出力検知端子１１と陰極の給電端子８との間に生じる電圧）の比は、陽極の給電端子７−出力検知端子１１間の抵抗素子Ｒ１の抵抗値と、陰極の給電端子８−出力検知端子１１間の抵抗素子Ｒ２の抵抗値との比で決定される。したがって、発光素子１の光出力が所定の基準値Ｐ０のときに、出力検知端子１１の出力が予め定められた規定値Ｖ０になるように各抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を設定しておけば、給電端子７，８への給電時において、出力検知端子１１には発光素子１の光出力に対して予め定められた関係となる出力が生じる。本実施形態では、発光モジュールＭを点灯させる際の発光素子１の定格の光出力を前記基準値Ｐ０とする。

要するに、出力検知端子１１の出力は、給電端子７，８への供給電圧には依らずに、発光素子１の光出力の大きさに基づいて決定されることとなる。これにより、発光素子１の特性のばらつきなどに起因して、発光モジュールＭごとに供給電圧に対する光出力がばらついており、発光素子１の光出力が前記基準値Ｐ０となるときの給電端子７，８への供給電圧にばらつきがあったとしても、発光素子１の光出力が前記基準Ｐ０となるときの出力検知端子１１の出力は一律で前記規定値Ｖ０になる。なお、規定値Ｖ０は、発光素子１の光出力が前記基準値Ｐ０となるときの給電端子７，８への供給電圧Ｖを抵抗素子Ｒ１，Ｒ２で分圧することにより得られる電圧であるから、Ｖ０＜Ｖの関係が成り立つ。

ところで、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の抵抗値の設定は発光モジュールＭの製造時に為される。すなわち、本実施形態の発光モジュールＭの製造方法は、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２を構成する薄膜状の抵抗体を形成する抵抗体形成工程と、抵抗体の抵抗値を調整する抵抗値調整工程とを含んでいる。

抵抗体形成工程では、図１のように陽極の給電端子７−出力検知端子１１間に、抵抗値が固定的に決まっている固定領域Ｒ１ａと抵抗値を調整可能なトリミング領域Ｒ１ｂとを有する第１の抵抗素子Ｒ１を形成し、一方、陰極の給電端子８−出力検知端子１１間に、抵抗値が固定的に決まっている固定領域Ｒ２ａのみからなる第２の抵抗素子Ｒ２を形成する。ここで、第１の抵抗素子Ｒ１の固定領域Ｒ１ａとトリミング領域Ｒ１ｂとは、給電端子７−出力検知端子１１間において直列接続されている。トリミング領域Ｒ１ｂは、レーザトリミングより抵抗値を調整可能な領域であって、これにより、抵抗体形成工程の後であっても、第１の抵抗素子Ｒ１の抵抗値を調整することができる。

抵抗値調整工程では、図３に示すように発光素子１の光出力を光センサ１３で監視するとともに、出力検知端子１１の出力を電圧計１４で監視した状態で、検査用電源装置１５から発光モジュールＭの給電端子７，８に直流電力を供給する。検査用電源装置１５から給電端子７，８への供給電力は、制御装置１６によって制御される。光センサ１３は、発光モジュールＭの発光面（図３の下面）に対向配置され、電圧計１４は、出力検知端子１１と陰極の給電端子８との間に接続される。ここで、制御装置１６は、光センサ１３の出力を受け、発光素子１の光出力が前記基準値Ｐ０に達するまで給電端子７，８への供給電力（電圧）を徐々に増加させる。そして、発光素子１の光出力が基準値Ｐ０に達し給電端子７，８への供給電力の大きさが固定された状態で、電圧計１４の出力（つまり、出力検知端子１１の出力）が前記規定値Ｖ０になるように、第１の抵抗素子Ｒ１の抵抗値を調整する。第１の抵抗素子Ｒ１の抵抗値は、第１の抵抗素子Ｒ１のトリミング領域Ｒ１ｂにレーザトリミングを施すことで調整される。なお、トリミング領域Ｒ１ｂに代えて可変抵抗を用い、第１の抵抗素子Ｒ１の抵抗値を手動で調整可能とすることも考えられる。

上記製造方法で製造される発光モジュールＭは、上述したように、給電端子７，８への給電時に、発光素子１の光出力に対して予め定められた関係となる出力を出力検知端子１１に生じる。したがって、発光モジュールＭごとに発光素子１の特性のばらつきがある場合、発光素子１の光出力が前記基準値Ｐ０となるときの給電端子７，８への供給電圧Ｖは発光モジュールＭごとに異なるものの、発光素子１の光出力が前記基準値Ｐ０となるときの出力検知端子１１の出力は全ての発光モジュールＭにおいて前記規定値Ｖ０となる。言い換えれば、出力検知端子１１の出力が前記規定値Ｖ０となるときには、発光素子１の光出力は前記基準値Ｐ０となる。

次に、本実施形態の発光モジュールＭを点灯させる点灯装置１７について説明する。

点灯装置１７は、図４に示すように直流電源Ｅ１と、直流電源Ｅ１の出力端間に接続されたスイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１とコンデンサＣ１との直列回路と、スイッチング素子Ｑ１とインダクタＬ１との接続点側にカソードを接続するようにインダクタＬ１およびコンデンサＣ１の直列回路の両端間に接続されたダイオードＤ１と、スイッチング素子Ｑ１をオンオフ制御する駆動回路１８とを備えたいわゆるバック・コンバータからなる。つまり、コンデンサＣ１の両端に生じる点灯装置１７の出力電圧は、駆動回路１８によるスイッチング素子Ｑ１のオンオフに応じて制御される。なお、ここではスイッチング素子Ｑ１として電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を用いている。直流電源Ｅ１は商用電源の交流出力をダイオードブリッジで全波整流したものであってもよい。

ここで、点灯装置１７の出力電圧（コンデンサＣ１の両端電圧）が発光素子１に供給されるように、コンデンサＣ１の両端間に発光モジュールＭが接続される。すなわち、点灯装置１７の陽極側の出力端（コンデンサＣ１の一端）には陽極の給電端子７が接続され、点灯装置１７の陰極側の出力端（コンデンサＣ１の他端）には陰極の給電端子８が接続される。

ところで、この点灯装置１７は、発光モジュールＭの出力検知端子１１の出力に基づいて発光素子１への供給電力を制御するフィードバック制御を行うように、駆動回路１８によるスイッチング素子Ｑ１のオンオフを制御することにより出力電圧を制御する制御回路１９と、出力検知端子１１の出力を受けて制御回路１９の動作を決定するフィードバック回路２０とを具備している。

フィードバック回路２０は、オペアンプＯＰ１と、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３とを有し、前記規定値Ｖ０を発生する基準電源Ｅ２の出力と、発光モジュールＭの出力検知端子１１の出力Ｖ１との差分を増幅して制御回路１９に出力する差動増幅回路からなる。ここで、出力検知端子１１の出力をＶ１、出力検知端子１１とオペアンプＯＰ１の反転入力端子との間に接続された抵抗Ｒ１０の抵抗値をｒ１０、オペアンプＯＰ１の反転入力端子と出力端子との間に接続された抵抗Ｒ１１の抵抗値をｒ１１とすれば、フィードバック回路２０の出力Ｖｆはｒ１１／ｒ１０（Ｖ１−Ｖ０）で表される。

制御回路１９は、フィードバック回路２０の出力Ｖｆの大きさに応じてスイッチング素子Ｑ１のオンオフを制御する制御信号を生成するものであって、この制御信号を駆動回路１８に出力することにより点灯装置１７の出力電圧の大きさを制御する。具体的には、フィードバック回路２０の出力Ｖｆが負であれば（つまり、出力検知端子１１の出力Ｖ１が前記規定値Ｖ０より小さければ）、点灯装置１７の出力電圧を大きくし、フィードバック回路２０の出力Ｖｆが正であれば（つまり、出力検知端子１１の出力Ｖ１が前記規定値Ｖ０より大きければ）、点灯装置１７の出力電圧を小さくすることで、出力検知端子１１の出力Ｖ１が規定値Ｖ０に一致するようにする。

上述した構成の点灯装置１７を用いて本実施形態の発光モジュールＭを点灯させれば、発光モジュールＭの発光素子１は出力検知端子１１の出力Ｖ１が規定値Ｖ０となるような光出力（つまり、基準値Ｐ０）で発光することとなる。したがって、複数の発光モジュールＭ１を並設して点灯させる場合に、発光モジュールＭ間に発光素子１の特性のばらつきがあっても、これら複数の発光モジュールＭの全てについて発光素子１を基準値Ｐ０の光出力で発光させることができ、結果的に発光モジュールＭ間の光出力のばらつきを抑制することができる。要するに、本実施形態の発光モジュールＭは、上述したように出力検知端子１１の出力Ｖ１に基づいて発光素子１への供給電力をフィードバック制御するという比較的簡単な構成の点灯装置１７で点灯可能でありながらも、光出力のばらつきを抑制することができるという利点がある。

また、本実施形態の発光モジュールＭを点灯させる点灯装置１７の構成は、上述したものに限るものではなく、たとえば図５に例示する構成の点灯装置１７を用いれば、設定された調光レベルに応じて発光モジュールＭに供給される直流電流を制御することにより、発光モジュールＭの光出力を調節する調光点灯が可能となる。

図５に示す点灯装置１７は、図４に示した点灯装置１７のフィードバック回路２０に代えて、発光モジュールＭに供給される直流電流を検出する電流検出部２１と、出力検知端子１１の出力Ｖ１が前記規定値Ｖ０になるとき（つまり、発光素子１の光出力が基準値Ｐ０になるとき）の電流検出部２１の検出電流を基準電流Ｉ０として記憶する記憶部２２と、調光レベルを表す調光信号および電流検出部２１の出力を受けて制御回路１９の動作を決定する調光目標値生成部２３とを具備している。調光レベルを０％〜１００％の間で任意に設定可能なように操作される操作部を設けてもよい。

電流検出部２１は、発光モジュールＭの負極の給電端子８とコンデンサＣ１との間に挿入された抵抗Ｒ２０の両端電圧を監視することにより発光モジュールＭへ供給される直流電流を検出し、検出した電流を記憶部２２および調光目標値生成部２３に通知する。記憶部２２は、発光モジュールＭの出力検知端子１１に接続されており、出力検知端子１１の出力Ｖ１を監視するとともに当該出力Ｖ１が前記規定値Ｖ０と一致したときに、電流検出部２１の検出電流を基準電流Ｉ０として記憶する。調光目標値生成部２３は、設定された調光レベルがａ％（０＜ａ＜１００）のとき、記憶部２２内の基準電流Ｉ０を用いて、Ｉ０×（ａ／１００）で求まる電流を目標値Ｉ０’に設定する。そして、調光目標値生成部２３は、目標値Ｉ０’と現在の電流検出部２１の検出電流Ｉ１との差分を制御回路１９に出力する。

制御回路１９は、調光目標値生成部２３の出力に応じてスイッチング素子Ｑ１のオンオフを制御する制御信号を生成し、この制御信号を駆動回路１８に出力することにより点灯装置１７の出力電圧の大きさを制御する。具体的には、電流検出部２１の検出電流Ｉ１が目標値Ｉ０’より小さければ、点灯装置１７の出力電圧を大きくし、電流検出部２１の検出電流Ｉ１が目標値Ｉ０’より大きければ、点灯装置１７の出力電圧を小さくすることで、電流検出部２１の検出電流Ｉ１が目標値Ｉ０’に一致するようにする。

すなわち、図５に示す構成の点灯装置１７を用いて本実施形態の発光モジュールＭを点灯させれば、設定された調光レベルに応じて発光素子１の光出力を調節することができる。しかも、発光モジュールＭに対して、発光素子１の光出力が前記基準値Ｐ０となるときの基準電流Ｉ０を基準とし、この基準電流Ｉ０に調光レベルに応じた値（ａ／１００）を乗じた電流を供給するので、発光モジュールＭ間に発光素子１の特性のばらつきがあっても、全ての発光モジュールＭについて基準値Ｐ０を基準とする同一の光出力で発光させることができ、結果的に発光モジュールＭ間の光出力のばらつきを抑制することができる。要するに、調光レベルａ＝１００％のときの光出力を全ての発光モジュールＭにおいて基準値Ｐ０で揃えるだけでなく、任意の調光レベルａのときの光出力も全ての発光モジュールＭにおいて揃えることができる。

ところで、発光モジュールＭは、上述したような点灯装置１７とともに照明器具を構成する。照明器具には、点灯装置１７を収納するとともに発光モジュールＭを固定するケース（図示せず）の他、必要に応じてレンズ等の光学部材が設けられる。

なお、発光素子１の発光層４は、交流電力が供給されることで発光するものであってもよい。

本発明の実施形態の発光モジュールの要部を示す概略図である。 同上の発光モジュールを示す概略断面図である。 同上の発光モジュールの製造時のシステム構成を示す概略図である。 同上に用いる点灯装置の構成を示す概略回路図である。 同上の他の点灯装置の構成を示す概略回路図である。

符号の説明

１ 発光素子
２ 基板
４ 発光層
７，８ 給電端子
１１ 出力検知端子
Ｍ 発光モジュール
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗素子

Claims (3)

1. 電力供給されることで発光する発光層を基板上に有した発光素子と、前記基板上に形成され発光素子に電力を供給する一対の給電端子と、前記基板上に形成され給電端子への給電時に発光素子の光出力に対して予め定められた関係となる出力を生じる出力検知端子とを備えることを特徴とする発光モジュール。
2. 前記出力検知端子は、各給電端子に対してそれぞれ抵抗素子を介して接続されており、各抵抗素子は、給電端子への給電時に前記発光素子の光出力に対して予め定められた関係となる出力を出力検知端子に生じるように抵抗値が設定されていることを特徴とする請求項１記載の発光モジュール。
3. 請求項２記載の発光モジュールの製造方法であって、前記基板上に前記抵抗素子の少なくとも一部を構成する薄膜状の抵抗体を形成する抵抗体形成工程と、前記発光素子の光出力および前記出力検知端子の出力を監視しながら給電端子への供給電力を変化させ、発光素子の光出力が規定値となった時点での出力検知端子の出力が所定値となるように前記抵抗体の抵抗値をトリミングにより調整する抵抗値調整工程とを有することを特徴とする発光モジュールの製造方法。

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