JP2009211948A - 有機ｅｌデバイスの制御方法および制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の直列接続有機ＥＬ素子群を並列に備える面発光光源を安定して駆動するための制御方法および制御装置を提供すること。
【解決手段】制御装置３００には、たとえば直列接続有機ＥＬ素子群５１と直列に接続された抵抗Ｒ１を流れる電流を、抵抗Ｒ１と直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のゲート電圧を変えながら測定して、直列接続有機ＥＬ素子群５１を流れる電流とＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のゲート電圧との関係（負荷線）を表すデータを予め求めて記憶しておく。加えて、駆動中に各直列接続有機ＥＬ素子群を流れる電流を設定する。そして、駆動中に各直列接続有機ＥＬ素子群を流れる電流が等しくなるように、各直列接続有機ＥＬ素子群と直列に接続された抵抗（Ｒ１〜Ｒ５）を流れる電流を測定し、予め求めたデータに基づいて、平均電流が設定値になるようにＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１〜Ｍ５）のゲート電圧を制御する。
【選択図】図３
【解決手段】制御装置３００には、たとえば直列接続有機ＥＬ素子群５１と直列に接続された抵抗Ｒ１を流れる電流を、抵抗Ｒ１と直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のゲート電圧を変えながら測定して、直列接続有機ＥＬ素子群５１を流れる電流とＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のゲート電圧との関係（負荷線）を表すデータを予め求めて記憶しておく。加えて、駆動中に各直列接続有機ＥＬ素子群を流れる電流を設定する。そして、駆動中に各直列接続有機ＥＬ素子群を流れる電流が等しくなるように、各直列接続有機ＥＬ素子群と直列に接続された抵抗（Ｒ１〜Ｒ５）を流れる電流を測定し、予め求めたデータに基づいて、平均電流が設定値になるようにＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１〜Ｍ５）のゲート電圧を制御する。
【選択図】図３
Description
本発明は、有機ＥＬデバイスの制御方法および制御装置に関する。
近年、地球の温暖化問題に対して関心が高まっている。炭酸ガスの排出量を減らし、温暖化を低減するために、様々の省エネが模索されている。その中でも、照明器具のエネルギー利用の高効率化が、１つの重要なポイントとされている。現在、広く使われている白熱ランプおよび蛍光灯は発光効率の点から飽和状態となり、さらに発光効率のよい照明器具の研究開発が盛んに行われている。中でも、有機ＥＬ素子に関しては、将来技術として発光効率１００〜２００ｌｍ／Ｗ、寿命６０，０００時間が期待されており、白熱ランプの１５ｌｍ／Ｗ、１，０００〜２，０００時間、および蛍光灯の５０〜１００ｌｍ／Ｗ、１０，０００時間に対して、地球環境に優しい照明になり得ると考えられている。今後の研究開発の課題は、上述の性能を実現していくとともに、その製造コストを削減することである。
図１は、次世代の照明として期待され、開発が進められている発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）を用いた光源を示す図である（非特許文献１参照）。図１の光源は、反対面上にヒートシンク２４０を設けたセラミック基板２１０上の金属パターン２２０に、複数のＬＥＤ２３０をフリップチップ実装して、その上に蛍光樹脂層２５０を設けたものであり、白色光を放射する。複数のＬＥＤの高密度配置により発光強度ムラを減らしているが、高密度配置には限界がある。また、複数のＬＥＤを実装していく必要があるので、組み立てコストが上昇し、また大面積の面発光光源の製造が困難であるという問題点を有している。
上記の問題点に関して、有機ＥＬ素子を用いる場合には、複数の有機ＥＬ素子を同一基板上に容易に作成できるという利点がある。したがって、前述したＬＥＤを用いる場合と比べて、素子を実装するコストを削減することができ、より低コストの面発光光源器具が実現可能であると考えられている。しかしながら、大面積の面発光光源を作製する場合、短絡欠陥が発生しやすい。短絡欠陥が存在すると電流が欠陥部に集中して発光が著しく劣化する。この問題を回避するために、複数の有機ＥＬ素子を直列に接続した大面積の面発光光源が提案されている（特許文献１参照）。直列接続構造とすることにより、一部の有機ＥＬ素子に短絡欠陥が生じても他の有機ＥＬ素子へ電流を流すことが可能であるため、光源全体としての発光の劣化を抑制することができる。また、特許文献２には発光効率の向上のために、特許文献３には所望の光量を得るために、有機ＥＬ素子を直列接続した構造が例示されている。
しかしながら、複数の有機ＥＬ素子を用いる面発光光源においては、各有機ＥＬ素子間で性能のバラツキが不可避的に発生して、光源の発光面における発光輝度のバラツキ、色むらが発生し、均一な照明が困難である。また、隣接する２つの有機ＥＬ素子間に発光が行われない間隙が不可避的に発生し、面内での輝度バラツキが大きくなる。
本発明の発明者は、均一かつ高効率の面発光光源を低コストで実現するために、次のような面発光光源を提案している（図２参照）。この面発光光源は、基板１０と、基板１０側から少なくとも第１電極２０ｔ、有機発光層３０および第２電極４０ｒをこの順に有する平面的に配置された複数の有機ＥＬ素子から構成される少なくとも１つの直列接続有機ＥＬ素子群と、少なくとも１つの色変換層６０とを備える。少なくとも１つの色変換層６０は、隣接する有機ＥＬ素子間の領域の少なくとも一部に延在している。少なくとも１つの直列接続有機ＥＬ素子群を構成する複数の有機ＥＬ素子は、それぞれの第１電極２０ｔと隣接する有機ＥＬ素子の第２電極４０ｒとが電気的に接続されている。添え字ｔは透明電極であることを意味し、添え字ｒは反射電極であることを意味する。
それぞれの有機ＥＬ素子の第１電極２０ｔの一端（直列接続される有機ＥＬ素子に対向する端部）は、有機発光層３０によって覆われて、第１電極２０ｔと第２電極４０ｒとの間の短絡を防止する。このような構造では、１つの有機ＥＬ素子において短絡欠陥が発生したとしても、直列接続有機ＥＬ素子群の短絡欠陥が発生していない他の有機ＥＬ素子は発光を継続することができる。この特徴は、量産化・低コスト化において非常に重要である。
また、直列接続有機ＥＬ素子群を構成する有機ＥＬ素子の数を変更することによって、各有機ＥＬ素子に印加される電圧を制御することができる。たとえば、１００〜１２０Ｖの電圧を２０個の有機ＥＬ素子で構成される直列接続有機ＥＬ素子群に印加した場合、各有機ＥＬ素子に印加される電圧は５〜６Ｖとなる。したがって、たとえば家庭用の交流電源を、電圧降下の必要がなく電力変換効率の高い方法で直流に変換することによって、この面発光光源を駆動することができ、高効率化を図ることができる。
さらに、各有機ＥＬ素子の有効発光領域、すなわち第１電極２０ｔと第２電極４０ｒに挟持された有機発光層３０の領域の幅ｘを、発光領域間距離ｙに比較して十分に大きくすることによって、面内均一性の高い発光を得ることができる。たとえば、半導体製造技術を活用すれば、発光領域間距離ｙを０．１ｍｍ以下にすることはそれほど難しいことではない。したがって、たとえば、本面発光光源において、有効発光領域の幅ｘを２ｍｍ以上にすることによって、高い面内均一性を有する発光を得ることができる。各有機ＥＬ素子間の領域にも色変換層を配置することにより、有機ＥＬ素子が発する光を効果的に色変換して発光の面内均一性を高めることができる。なお、本明細書中において「有機ＥＬ素子間の領域」とは、隣接する有機ＥＬ素子の間、およびその上方および下方の領域を含む。この効果に加えて、色変換層６０の膜厚ｚを適切に設定することによって、発光の面内均一性をさらに高めることができる。たとえば、色変換層６０の膜厚ｚを０．５μｍ以上にすることによって、有機ＥＬ素子の有効発光領域（幅ｘで示される）と発光領域間領域（距離ｙで示される）との間の輝度および色相の差を減少させることができる。
なお、有機発光層３０の材料、構成および設計、ならびに色変換層６０の材料および構成を変更することによって、出射光の色温度を任意に設定することができる。図２においては単一の色変換層６０を設ける場合を示したが、複数の色変換層（たとえば赤色変換層および緑色変換層）の積層体を用いてもよい。また、第１パッシベーション層６２および第２パッシベーション層６４は任意選択的な層である。しかしながら、有機発光層３０の水分および酸素による劣化を防止するために、設けることが望ましい層である。ただし、ガラスなどの水分および酸素の透過性が低い材料を用いて基板１０を形成し、その上に層を形成する際の色変換層６０のダメージを考慮しなくてもよく、および色変換層６０が水分および酸素を包含しない場合には、第１パッシベーション層６２を省略することができる。
このような面発光光源により、均一かつ高効率の面発光光源を低コストで実現することができるものの、さらなる性能向上のために安定して駆動することが望まれる。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の直列接続有機ＥＬ素子群を並列に備える面発光光源を安定して駆動するための制御方法および制御装置を提供することにある。
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の直列接続有機ＥＬ素子群を並列に備える面発光光源を駆動するための制御方法であって、前記複数の直列接続有機ＥＬ素子群のそれぞれは、前記直列接続有機ＥＬ素子群に直列に接続された抵抗およびトランジスタを備え、前記制御方法は、前記複数の直列接続有機ＥＬ素子群のそれぞれについて、前記直列接続有機ＥＬ素子群に直列に接続された抵抗を流れる電流を測定する測定ステップと、前記複数の直列接続有機ＥＬ素子群のいずれかについて予め求めた、抵抗を流れる電流とトランジスタのゲート電圧との関係に基づいて、前記測定ステップにより測定した電流が予め設定した電流となるように、前記直列接続有機ＥＬ素子群に直列に接続されたトランジスタのゲート電圧を制御するゲート電圧制御ステップとを含むことを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記面発光光源を駆動する交流電源を全波整流するためのブリッジ回路と並列に接続された平滑容量を調整して、前記面発光光源の駆動中のリップルによるちらつきを抑制するステップをさらに含むことを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２において、前記直列接続有機ＥＬ素子群は、基板側から第１電極、有機発光層および第２電極をこの順に有する複数の有機ＥＬ素子から構成され、第１電極および第２電極の少なくとも一方は透明電極であり、前記直列接続有機ＥＬ素子群を構成する有機ＥＬ素子のそれぞれの第１電極は、隣接する有機ＥＬ素子の第２電極と電気的に接続されていることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記面発光光源は、少なくとも１つの色変換層を有し、前記少なくとも１つの色変換層は、前記有機ＥＬ素子間の領域の少なくとも一部に延在していることを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、複数の直列接続有機ＥＬ素子群を並列に備える面発光光源を駆動するための制御装置であって、前記複数の直列接続有機ＥＬ素子群のそれぞれは、前記直列接続有機ＥＬ素子群に直列に接続された抵抗およびトランジスタを備え、前記制御装置は、前記複数の直列接続有機ＥＬ素子群のそれぞれについて、前記直列接続有機ＥＬ素子群に直列に接続された抵抗を流れる電流を測定する測定手段と、前記複数の直列接続有機ＥＬ素子群のいずれかについて予め求めた、抵抗を流れる電流とトランジスタのゲート電圧との関係に基づいて、前記測定手段により測定した電流が予め設定した電流となるように、前記直列接続有機ＥＬ素子群に直列に接続されたトランジスタのゲート電圧を制御するゲート電圧制御手段とを備えることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記直列接続有機ＥＬ素子群は、基板側から第１電極、有機発光層および第２電極をこの順に有する複数の有機ＥＬ素子から構成され、第１電極および第２電極の少なくとも一方は透明電極であり、前記直列接続有機ＥＬ素子群を構成する有機ＥＬ素子のそれぞれの第１電極は、隣接する有機ＥＬ素子の第２電極と電気的に接続されていることを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項６において、前記面発光光源は、少なくとも１つの色変換層を有し、前記少なくとも１つの色変換層は、前記有機ＥＬ素子間の領域の少なくとも一部に延在していることを特徴とする。
本発明によれば、直列接続有機ＥＬ素子群に直列に接続された抵抗を流れる電流を測定し、次いで、複数の直列接続有機ＥＬ素子群のいずれかについて予め求めた、抵抗を流れる電流とトランジスタのゲート電圧との関係に基づいて、測定した電流が予め設定した電流となるように、直列接続有機ＥＬ素子群に直列に接続されたトランジスタのゲート電圧を制御することによって、複数の直列接続された有機ＥＬ素子群を並列に備える面発光光源を安定して駆動するための制御方法および制御装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図３は、本発明に係る制御装置を説明するための図である。図３に示す例示的な面発光光源５０は、有機ＥＬ素子を２０個直列接続した直列接続有機ＥＬ素子群を５列（５１〜５５）並列に配置したものである。各有機ＥＬ素子は、上述したように本発明者が提案しているものに限らず、ダイオード型の有機ＥＬ素子であれば本発明に係る制御方法および制御装置を適用しうる点に留意されたい。直列接続有機ＥＬ素子群の詳細は、実施例として後述する。直列接続有機ＥＬ素子群（５１〜５５）のそれぞれには、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１〜Ｍ５のいずれか）と抵抗（Ｒ１〜Ｒ５のいずれか）が直列に接続されている。面発光光源５０は、交流電源により駆動されており、交流電源はダイオードＤ１〜Ｄ４で構成されたブリッジ回路により全波整流される。そして、ブリッジ回路と並列に、ツェナーダイオードＺＤおよび平滑容量Ｃが接続されている。
図３は、本発明に係る制御装置を説明するための図である。図３に示す例示的な面発光光源５０は、有機ＥＬ素子を２０個直列接続した直列接続有機ＥＬ素子群を５列（５１〜５５）並列に配置したものである。各有機ＥＬ素子は、上述したように本発明者が提案しているものに限らず、ダイオード型の有機ＥＬ素子であれば本発明に係る制御方法および制御装置を適用しうる点に留意されたい。直列接続有機ＥＬ素子群の詳細は、実施例として後述する。直列接続有機ＥＬ素子群（５１〜５５）のそれぞれには、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１〜Ｍ５のいずれか）と抵抗（Ｒ１〜Ｒ５のいずれか）が直列に接続されている。面発光光源５０は、交流電源により駆動されており、交流電源はダイオードＤ１〜Ｄ４で構成されたブリッジ回路により全波整流される。そして、ブリッジ回路と並列に、ツェナーダイオードＺＤおよび平滑容量Ｃが接続されている。
本発明に係る制御装置３００には、１つの直列接続有機ＥＬ素子群、たとえば直列接続有機ＥＬ素子群５１と直列に接続された抵抗Ｒ１を流れる電流を、抵抗Ｒ１と直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のゲート電圧を変えながら測定して、直列接続有機ＥＬ素子群５１を流れる電流とＭＯＳＦＥＴ Ｍ１のゲート電圧との関係（負荷線）を表すデータを予め求めて記憶しておく。
たとえば、交流電源を１００Ｖとし、ツェナーダイオードＺＤとして１２０Ｖのものを用い、ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１〜Ｍ５を２００Ｖ／０．２Ａのものとした例を考える。ＭＯＳＦＥＴ Ｍ１〜Ｍ５の電流値は図３（ｂ）の形で与えられ、
Ｉ1＝ｆ（ＶGS、ＶDS） （１）
と書ける。ゲート電圧ＶGSが６Ｖ付近で０．１Ａの電流値が得られ、ＶDSにはあまり依存しない特性となっている。２０個直列接続した直列接続有機ＥＬ素子群では、一素子が５Ｖ印加で０．１Ａ流れるので、約５０Ωの素子２０個で約１０００Ωとなり、この値をＲで現すと、直列接続有機ＥＬ素子群に流れる電流Ｉ2は、
１２０＝Ｒ・Ｉ2＋ＶDS （２）
と書ける。従って、
Ｉ2＝１２０／Ｒ−ＶDS／Ｒ＝０．１２−ＶDS／１０００ （３）
の関係が得られる。Ｉ1＝Ｉ2であるから、
ｆ（ＶGS、ＶDS）＝１２０／Ｒ−ＶDS／Ｒ （４）
となる。ゲート電圧ＶGSは制御パラメータで一定に定められ、Ｒは素子で決まるので、この式から決まるＶDSの値で電流値が決まることになる。一方、ＭＯＳＦＥＴの電流−電圧特性でゲート電圧ＶGSの値を決めるとＶDSの値によって電流値は殆ど変化しないので、ゲート電圧ＶGSを制御することによって任意の電流値を流すことができる訳である。
Ｉ1＝ｆ（ＶGS、ＶDS） （１）
と書ける。ゲート電圧ＶGSが６Ｖ付近で０．１Ａの電流値が得られ、ＶDSにはあまり依存しない特性となっている。２０個直列接続した直列接続有機ＥＬ素子群では、一素子が５Ｖ印加で０．１Ａ流れるので、約５０Ωの素子２０個で約１０００Ωとなり、この値をＲで現すと、直列接続有機ＥＬ素子群に流れる電流Ｉ2は、
１２０＝Ｒ・Ｉ2＋ＶDS （２）
と書ける。従って、
Ｉ2＝１２０／Ｒ−ＶDS／Ｒ＝０．１２−ＶDS／１０００ （３）
の関係が得られる。Ｉ1＝Ｉ2であるから、
ｆ（ＶGS、ＶDS）＝１２０／Ｒ−ＶDS／Ｒ （４）
となる。ゲート電圧ＶGSは制御パラメータで一定に定められ、Ｒは素子で決まるので、この式から決まるＶDSの値で電流値が決まることになる。一方、ＭＯＳＦＥＴの電流−電圧特性でゲート電圧ＶGSの値を決めるとＶDSの値によって電流値は殆ど変化しないので、ゲート電圧ＶGSを制御することによって任意の電流値を流すことができる訳である。
加えて、駆動中に各直列接続有機ＥＬ素子群を流れる電流を設定する。これは、予め制御装置３００にデータとして記憶しておいてもよいし、駆動時に入力してもよい。
そして、駆動中に各直列接続有機ＥＬ素子群を流れる電流が等しくなるように、各直列接続有機ＥＬ素子群と直列に接続された抵抗（Ｒ１〜Ｒ５）を流れる電流を測定し、予め求めたデータに基づいて、平均電流が設定値になるようにＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１〜Ｍ５）のゲート電圧を制御する。測定した電流が設定値未満であればゲート電圧を上げ、設定値を超えていればゲート電圧を下げる。電流が設定値と一致したら、そのゲート電圧を記憶する。直列接続有機ＥＬ素子群５１〜５５を同一の電流で安定して駆動すると、均一な発光が得られる。直列接続有機ＥＬ素子群を流れる電流とＭＯＳＦＥＴのゲート電圧との関係を表すデータは、制御装置３００のメモリ等に記憶すればよく、ゲート電圧の制御には、制御用のＬＳＩを用いればよい。
均一性の評価は、例えばマルチチャネルフォトディテクタ（大塚電子）などを用いて、ＣＩＥ色座標で±０．０２、輝度±５％となるように制御するのが好ましい。
加えて、トップコン輝度計等を用いて、輝度を測定して、輝度が１００Ｈｚの周期で振動を示していないかをチェックしてもよい。交流電源の周波数が５０Ｈｚの地域では１００Ｈｚの振動が、６０Ｈｚの地域では１２０Ｈｚの振動を主としてチェックする。平滑容量Ｃの容量が１００μＦを超えると、リップルによるちらつきが見られなくなる。
また、直列の中にショートの素子が混入している場合でも、トランジスタの等価抵抗を調整することによって、他の列を同じ電流となるように制御可能である。たとえば、５１１９がショートした場合を考える。数式（１）から（４）に関連して言及した例において１つの素子がショートすると、数式（３）は
Ｉ2＝０．１２−ＶDS／９５０
となって、図３（ｂ）の有機ＥＬ素子の負荷直線の傾きが少し大きくなる。したがって、その結果得られる電流値が少し小さくなるが、ＭＯＳＦＥＴのＩ−Ｖ曲線でＶDSの変化に対して電流値が変わらないところなので、ほとんど変わらない電流値で動作することになる。電流値を上げたい場合は、ゲート電圧を少し大きくして調整すればよい。
Ｉ2＝０．１２−ＶDS／９５０
となって、図３（ｂ）の有機ＥＬ素子の負荷直線の傾きが少し大きくなる。したがって、その結果得られる電流値が少し小さくなるが、ＭＯＳＦＥＴのＩ−Ｖ曲線でＶDSの変化に対して電流値が変わらないところなので、ほとんど変わらない電流値で動作することになる。電流値を上げたい場合は、ゲート電圧を少し大きくして調整すればよい。
実施例
図２の構造の実施例を示す。ガラスなどの透明基板１０の上に、光を吸収して発光する材料を用いて色変換層（ＣＣＭ層：ｃｏｌｏｒ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）６０を形成する。蛍光色素としてクマリン６（０．６重量部）、ローダミン６Ｇ（０．３重量部）、ベーシックバイオレット１１（０．３重量部）を溶剤のプロピレングリコールモノアセテート（ＰＥＧＭＥＡ）１２０重量部へ溶解させた。光重合性樹脂の「ＶＰＡ１００」（商品名、新日鉄化成工業）１００重量部を加えて溶解させ，塗布液を得た。この塗布液を、透明基板１０上にスピンコート法を用いて塗布し赤色色変換層を形成した。透明基板から出す光の度合いによっては、この層を緑色の色変換層と重ねて形成する場合もある。
図２の構造の実施例を示す。ガラスなどの透明基板１０の上に、光を吸収して発光する材料を用いて色変換層（ＣＣＭ層：ｃｏｌｏｒ ｃｈａｎｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）６０を形成する。蛍光色素としてクマリン６（０．６重量部）、ローダミン６Ｇ（０．３重量部）、ベーシックバイオレット１１（０．３重量部）を溶剤のプロピレングリコールモノアセテート（ＰＥＧＭＥＡ）１２０重量部へ溶解させた。光重合性樹脂の「ＶＰＡ１００」（商品名、新日鉄化成工業）１００重量部を加えて溶解させ，塗布液を得た。この塗布液を、透明基板１０上にスピンコート法を用いて塗布し赤色色変換層を形成した。透明基板から出す光の度合いによっては、この層を緑色の色変換層と重ねて形成する場合もある。
次に、プラズマＣＶＤ装置にて、原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）及び窒素（Ｎ２）を用いて、膜厚１ｕｍの窒化シリコン（ＳｉＮ）を堆積させ、第１パッシベーション層６２を形成した。ＳｉＮを堆積する際に基板温度は１００℃以下で行った。
次に、スパッタ法で、厚さ２００ｎｍのＩＴＯを前面蒸着し、このＩＴＯをフォトリソグラフィー法を用いて、所定のパターン状の透明電極２０ｔを形成した。
次に，有機発光層３０を形成するが、有機発光層は、正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層等から構成され、これらはどういう光を発光させるかで異なる。したがって、設計的要素がたぶんにあるところである。ここでは、青色から青緑色発光を目指して、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系等の蛍光増白剤、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリデイン系化合物等を使用することができる。ホスト材料としては、アルミキレート、４，４−ビス（２，２−ジフェニルビニル）、２，５−ビス（５−ｔｅｒｔ−ブチルー２−ベンゾオキサゾルイル）−チオフェン（ＢＢＯＴ）、ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）を用いる。青色ドーパントとしては、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ−ｔ−ブチルペリレン（ＴＢＰ）４，４−ビス［２−｛４−（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）フェニル｝ビニル］ビフェニル（ＤＰＡＶＢｉ）などを０．１〜５％、添加することが用いられる。電子輸送層はＡｌｑ３を用いることができ、これにＬｉなどのアルカリ金属をドープしてもよい。
また、次のような設計も考えられる。正孔注入層は、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を１００ｎｍ積層する。正孔輸送層は、α―ＮＰＤを２０ｎｍ積層する。発光層は、４，４−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）、ＴＡＺなどを２０ｎｍ積層する。蛍光色素としては、ルブレンを体積比で、５％蒸着する。電子輸送層は、Ａｌｑ３を２０ｎｍ積層し、電子注入層は、ＬｉＦを０．５ｎｍ積層する。
この多層構造パターンを、メタルマスクを用いた蒸着法で行った。それは、有機発光層は、水分を極度に抑えることが重要だからである。
次に、大気にさらすことなく、メタルマスクを用いて、メタル電極４０ｒをパターン状に形成し、その結果、ユニットを形成する有機発光ユニット、２０ｔ／３０／４０ｒが、図２に示すように、互いに直列接続されるように構成する。
ついで、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＮ膜を１ｕｍ程度全面に積層し、第２パッシベーション層６４とする。この場合も、基板温度は、１００℃以下で、形成した。
なお、色変換層６０は、基板１０に関して有機発光層３０と反対側に設けることもできる。こうすることによって、基板がガラスなどの水分、空気、酸素などを透過しないものであれば、第１パッシベーション層６２を省略できる。色変換層６０を設けない構造も可能である。
引き続いて、図３に示す面発光光源およびその制御装置を作製した。直列接続の発光素子を回路図で表すと、発光ユニット５１〜５５のように書ける。各発光ユニットの末尾に電流を制御するトランジスタＭ１〜Ｍ５を接続して、発光素子に流す電流を制御する。この電流の制御は図示してないが、トランジスタに併設された電流センサのデータに基づき、各ユニットの平均電流が同じとなるように、制御用ＬＳＩを用いて制御する。こうすることにより、事前の特性試験のデータを考慮して、各列の電流値を適正化することができ、色度合いの調整を適切に行うことができる。また、直列の中に１つ、ショートの素子が混入している場合でも、トランジスタの等価抵抗を調整することによって、他の列を同じ電流となるように制御可能である。
図３（ｂ）に、１００Ｖ交流電源を全波整流した電源を用いて、実験した結果を示す。図３（ａ）は、回路図で、この場合は、有機ＥＬ素子を２０直列、５並列に構成した。交流電源をダイオード、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を用いて整流した。図に示した各素子、たとえば、５１１を０．１Ａで、駆動した。容量Ｃが１００ｕＦを超えると、ちらつきが見られなくなった。次に、トランジスタ、この場合は、ＭＯＳＦＥＴ、Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５を抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５とともに、有機発光素子列５１、５２、５３、５４、５５と直列に接続して、素子を点灯させた。図３（ｂ）に用いたＭＯＳＦＥＴの電圧―電流特性を示す。発光素子に流す電流に必要な電圧より、高い電圧を加えて駆動すると、Ｉｄｓ−Ｖｄｓ特性の平らな部分で、駆動ができ、安定な、光特性が得られた。たとえば、５１１９がショートした素子で、この列は、１９直列であったにもかかわらず、光特性には、ほとんど差が認められなかった。また、さらに、制御性をあげるために、直列抵抗で、測定した電流（抵抗端の電圧でモニターする）を用いて、各列の駆動電流値をゲート電圧を微調整することによって、そろえることができることを確認した。この方式を用いることによって、光特性の均一で、安定な駆動を得ることができた。
また、この製品特性をチェックすることにより、下記のように、判定ができる。
１）図３（ａ）の状態で、電圧をかけ、発光状態を見て、断線などのため、１列が光らないものは、排除する。また、画面の欠けが大きいもの（ショートの数がおおいもの）も排除する。
２）抵抗でモニターした電流値を、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を変えることによって、各列の電流値が同じ値となるように調整する。
具体的には、１２０Ｖのツェナーダイオードを容量と並列に挿入した。制御用ＭＯＳＦＥＴは、２００Ｖ／０．２Ａのものを用いた。２０直列接続された発光素子列５１については、図３（ｂ）に直線で示すような負荷となり、ゲート電圧６Ｖ近辺で、０．１Ａに制御できる。（たとえば、直線は、Ｉ＝０．１２−Ｖ／１０００であるが、１素子は、約５０Ωであるので、２０直列だと１０００Ωとなり、発光素子の負荷線となる）
抵抗Ｒ１端の電圧を測定して、電流値をモニターして、ゲート電圧を調整することにより、電流値を精密に制御できる。
３）その電流値で、平滑容量Ｃの値が問題ないか、チェックする。大雑把に電流値をたとえば、０．１Ａに設定して、すべての素子が、ほぼ同一の光を発散していることを確認した上で、トップコン輝度計を用いて、輝度を測定して、輝度が１００Ｈｚの周期で、振動を示していないか、チェックする。
１００Ｈｚ電源周波数が５０Ｈｚの地域で起こることで、６０Ｈｚの交流電源を使っている場合は１２０Ｈｚの振動を主としてチェックする。振動があれば、発光素子両端の電圧をオッシロスコープなどで、評価し、振動がなくなるように、容量Ｃを見直す。
４）再び、画面を必要な均一性を得るように、ゲート電圧を調整する。マルチチャネルフォトデテクター（大塚電子）などを用いて、面内の均一性を評価して、ゲート電圧を調整することによって、均一性が、ＣＩＥ色座標で、±０．０２、輝度±５％となるように制御する。
１）図３（ａ）の状態で、電圧をかけ、発光状態を見て、断線などのため、１列が光らないものは、排除する。また、画面の欠けが大きいもの（ショートの数がおおいもの）も排除する。
２）抵抗でモニターした電流値を、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を変えることによって、各列の電流値が同じ値となるように調整する。
具体的には、１２０Ｖのツェナーダイオードを容量と並列に挿入した。制御用ＭＯＳＦＥＴは、２００Ｖ／０．２Ａのものを用いた。２０直列接続された発光素子列５１については、図３（ｂ）に直線で示すような負荷となり、ゲート電圧６Ｖ近辺で、０．１Ａに制御できる。（たとえば、直線は、Ｉ＝０．１２−Ｖ／１０００であるが、１素子は、約５０Ωであるので、２０直列だと１０００Ωとなり、発光素子の負荷線となる）
抵抗Ｒ１端の電圧を測定して、電流値をモニターして、ゲート電圧を調整することにより、電流値を精密に制御できる。
３）その電流値で、平滑容量Ｃの値が問題ないか、チェックする。大雑把に電流値をたとえば、０．１Ａに設定して、すべての素子が、ほぼ同一の光を発散していることを確認した上で、トップコン輝度計を用いて、輝度を測定して、輝度が１００Ｈｚの周期で、振動を示していないか、チェックする。
１００Ｈｚ電源周波数が５０Ｈｚの地域で起こることで、６０Ｈｚの交流電源を使っている場合は１２０Ｈｚの振動を主としてチェックする。振動があれば、発光素子両端の電圧をオッシロスコープなどで、評価し、振動がなくなるように、容量Ｃを見直す。
４）再び、画面を必要な均一性を得るように、ゲート電圧を調整する。マルチチャネルフォトデテクター（大塚電子）などを用いて、面内の均一性を評価して、ゲート電圧を調整することによって、均一性が、ＣＩＥ色座標で、±０．０２、輝度±５％となるように制御する。
１０ 基板
２０ 第１電極
３０ 有機発光層
４０ 第２電極
６０ 色変換層
６２ 第１パッシベーション層
６４ 第２パッシベーション層
５０ 面発光光源
５１〜５５ 直列接続有機ＥＬ素子群
３００ 制御装置
Ｍ１〜Ｍ５ ＭＯＳＦＥＴ（トランジスタに対応）
Ｒ１〜Ｒ５ 抵抗
Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード
ＺＤ ツェナーダイオード
Ｃ 平滑容量
２０ 第１電極
３０ 有機発光層
４０ 第２電極
６０ 色変換層
６２ 第１パッシベーション層
６４ 第２パッシベーション層
５０ 面発光光源
５１〜５５ 直列接続有機ＥＬ素子群
３００ 制御装置
Ｍ１〜Ｍ５ ＭＯＳＦＥＴ（トランジスタに対応）
Ｒ１〜Ｒ５ 抵抗
Ｄ１〜Ｄ４ ダイオード
ＺＤ ツェナーダイオード
Ｃ 平滑容量
Claims (7)
- 複数の直列接続有機ＥＬ素子群を並列に備える面発光光源を駆動するための制御方法であって、
前記複数の直列接続有機ＥＬ素子群のそれぞれは、前記直列接続有機ＥＬ素子群に直列に接続された抵抗およびトランジスタを備え、
前記制御方法は、前記複数の直列接続有機ＥＬ素子群のそれぞれについて、
前記直列接続有機ＥＬ素子群に直列に接続された抵抗を流れる電流を測定する測定ステップと、
前記複数の直列接続有機ＥＬ素子群のいずれかについて予め求めた、抵抗を流れる電流とトランジスタのゲート電圧との関係に基づいて、前記測定ステップにより測定した電流が予め設定した電流となるように、前記直列接続有機ＥＬ素子群に直列に接続されたトランジスタのゲート電圧を制御するゲート電圧制御ステップと
を含むことを特徴とする制御方法。 - 前記面発光光源を駆動する交流電源を全波整流するためのブリッジ回路と並列に接続された平滑容量を調整して、前記面発光光源の駆動中のリップルによるちらつきを抑制するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
- 前記直列接続有機ＥＬ素子群は、基板側から第１電極、有機発光層および第２電極をこの順に有する複数の有機ＥＬ素子から構成され、
第１電極および第２電極の少なくとも一方は透明電極であり、
前記直列接続有機ＥＬ素子群を構成する有機ＥＬ素子のそれぞれの第１電極は、隣接する有機ＥＬ素子の第２電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の制御方法。 - 前記面発光光源は、少なくとも１つの色変換層を有し、
前記少なくとも１つの色変換層は、前記有機ＥＬ素子間の領域の少なくとも一部に延在していることを特徴とする請求項３に記載の制御方法。 - 複数の直列接続有機ＥＬ素子群を並列に備える面発光光源を駆動するための制御装置であって、
前記複数の直列接続有機ＥＬ素子群のそれぞれは、前記直列接続有機ＥＬ素子群に直列に接続された抵抗およびトランジスタを備え、
前記制御装置は、前記複数の直列接続有機ＥＬ素子群のそれぞれについて、
前記直列接続有機ＥＬ素子群に直列に接続された抵抗を流れる電流を測定する測定手段と、
前記複数の直列接続有機ＥＬ素子群のいずれかについて予め求めた、抵抗を流れる電流とトランジスタのゲート電圧との関係に基づいて、前記測定手段により測定した電流が予め設定した電流となるように、前記直列接続有機ＥＬ素子群に直列に接続されたトランジスタのゲート電圧を制御するゲート電圧制御手段と
を備えることを特徴とする制御装置。 - 前記直列接続有機ＥＬ素子群は、基板側から第１電極、有機発光層および第２電極をこの順に有する複数の有機ＥＬ素子から構成され、
第１電極および第２電極の少なくとも一方は透明電極であり、
前記直列接続有機ＥＬ素子群を構成する有機ＥＬ素子のそれぞれの第１電極は、隣接する有機ＥＬ素子の第２電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の制御装置。 - 前記面発光光源は、少なくとも１つの色変換層を有し、
前記少なくとも１つの色変換層は、前記有機ＥＬ素子間の領域の少なくとも一部に延在していることを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
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