JP2012099501A

JP2012099501A - 点灯装置並びに照明装置

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Publication number: JP2012099501A
Application number: JP2012012607A
Authority: JP
Inventors: Minoru Maehara; 稔前原
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2012-05-24

Abstract

【課題】比較的に簡単な回路構成で有機ＥＬ素子を調光可能とする。
【解決手段】制御手段５は、第１及び第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオンすると同時に第２及び第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオフする期間と、第１及び第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオフすると同時に第２及び第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオンする期間とを周期的に切り換えることで有機ＥＬ素子に矩形波電圧を印加する。制御手段５が矩形波電圧の周波数を変化させることで有機ＥＬ素子１に流れる電流の実効値Ｉrmが変化して調光できる。故に直流電源手段３の出力を変えて調光する場合に比較して直流電源手段３の回路構成が簡単で済み、また、従来例のように順方向電圧の印加期間を変化させるようにオンデューティ比を制御する場合に比較して制御手段５の回路構成が簡単になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ素子を点灯する点灯装置、並びにかかる点灯装置と有機ＥＬ素子を有する照明装置に関するものである。

近年、放電灯に比較して低い電圧（例えば、数Ｖ〜数十Ｖ程度）で駆動可能であるために点灯装置が安価に構成できることなどから有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）素子を光源とする照明装置の開発が盛んに行われている（例えば、特許文献１，２参照）。

図８は特許文献１に開示されている点灯装置（照明装置）を示す回路図である。この従来装置は、商用交流電源ＡＣをダイオードブリッジＤＢで全波整流するとともに平滑コンデンサＣ０で平滑することによって得た直流電圧を極性反転回路ＩＮＶで極性反転することで有機ＥＬ素子に順方向の電圧と逆方向の電圧とを交互に印加して点灯するものである。極性反転回路ＩＮＶは、バイポーラトランジスタからなるスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４を２つずつ直列接続するとともに平滑コンデンサＣ０の両端に互いに並列に接続したブリッジ回路からなり、スイッチング素子Ｔｒ１とＴｒ２の接続点とスイッチング素子Ｔｒ３とＴｒ４の接続点の間に有機ＥＬ素子１が接続される。ここで、スイッチング素子Ｔｒ３には検出抵抗Ｒが直列に接続されており、有機ＥＬ素子１に流れる電流を検出抵抗Ｒの両端電圧として検出し、低域通過フィルタＬＰＦを介してスイッチング素子Ｔｒｎ（ｎ＝１，２，３，４）を駆動制御する制御手段ＣＮＴに検出電圧が入力されている。制御手段ＣＮＴは、スイッチング素子Ｔｒ１とＴｒ３をオンすると同時にスイッチング素子Ｔｒ２とＴｒ４をオフする期間と、スイッチング素子Ｔｒ１とＴｒ３をオフすると同時にスイッチング素子Ｔｒ２とＴｒ４をオンする期間とを周期的に切り換えることで有機ＥＬ素子に間欠的に順方向電圧を印加して点灯し、さらに、外部から与えられる調光信号に基づいて有機ＥＬ素子１に流れる電流の目標値を設定し、実際に有機ＥＬ素子１に流れる電流（検出電圧）を目標値に一致させるように順方向電圧の印加期間を変化させることで有機ＥＬ素子１の輝度（光出力）を調整、すなわち調光している。

特開２００５−７８８２８号公報特許第３４３２９８６号公報

しかしながら、上記従来例においては、極性反転回路ＩＮＶの周波数（スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４をオン・オフする周波数）を一定としたままでオンデューティ比を変えて調光を行っているために制御手段の構成が複雑になってしまう。一方、極性反転回路ＩＮＶのオンデューティ比を変える代わりに極性反転回路ＩＮＶに入力する直流電圧を変化させて調光する方法も考えられるが、この場合には直流出力が可変である降圧コンバータ回路が必要となって直流電源の回路構成が複雑になってしまう。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、比較的に簡単な回路構成で有機ＥＬ素子を調光できる点灯装置及び照明装置を提供することにある。

本発明の点灯装置は、有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）素子を点灯する点灯装置であって、有機ＥＬ素子に直列に接続されたインダクタと、前記有機ＥＬ素子の駆動電圧に略等しい直流電圧を出力する直流電源手段と、前記直流電源手段から出力する直流電圧の極性を周期的に反転させた矩形波電圧を前記インダクタと前記有機ＥＬ素子の直列回路に印加する極性反転手段と、前記極性反転手段を制御して前記矩形波電圧の周波数を変化させることで前記有機ＥＬ素子の光出力を調整する制御手段とを備え、前記有機ＥＬ素子は、前記極性反転手段から印加される前記矩形波電圧が逆方向から順方向に反転する際に、前記矩形波電圧の周波数に関わらずに略一定の期間だけ突入電流を流す容量成分を有することを特徴とする。

この点灯装置において、前記制御手段は、前記有機ＥＬ素子に流れる電流を検出し、前記検出値が目標とする電流値と一致するように前記矩形波電圧の周波数を変化させることが好ましい。

本発明の照明装置は、有機ＥＬ素子と、前記点灯装置とを有することを特徴とする。

本発明の点灯装置並びに照明装置は、比較的に簡単な回路構成で有機ＥＬ素子を調光できるという効果がある。

本発明の実施形態１を示す回路図である。同上の動作説明図である。同上の動作説明図である。同上の別の構成を示す回路図である。同上のさらに別の構成を示す回路図である。本発明の実施形態２を示すブロック図である。同上の動作説明図である。従来例を示す回路図である。有機ＥＬ素子の電圧−電流特性を説明する説明図である。

（実施形態１）
本実施形態の照明装置は、図１に示すように有機ＥＬ素子１と点灯装置２とで構成される。点灯装置２は、有機ＥＬ素子１の駆動電圧に略等しい直流電圧を出力する直流電源手段３と、直流電源手段３から出力する直流電圧の極性を周期的に反転させた矩形波電圧を有機ＥＬ素子１に印加する極性反転手段４と、極性反転手段４を制御して矩形波電圧の周波数を変化させることで有機ＥＬ素子１の光出力を調整する制御手段５とを備える。

直流電源手段３は、商用交流電源ＡＣの交流電圧を全波整流するダイオードブリッジＤＢと、ダイオードブリッジＤＢで全波整流された脈流電圧を平滑する平滑コンデンサＣ０と、平滑コンデンサＣ０の高電位側にドレインが接続されたＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ０と、スイッチング素子Ｑ０のソースにカソードが接続されるとともにアノードが平滑コンデンサＣ０の低電位側に接続されたダイオードＤ０と、スイッチング素子Ｑ０のソースに一端が接続されたインダクタＬ０と、インダクタＬ０の他端とダイオードＤ０のアノードの間に接続されたコンデンサＣ１とを備え、スイッチング素子Ｑ０、ダイオードＤ０、インダクタＬ０、コンデンサＣ１によって従来周知の降圧コンバータ回路が構成されており、図示しない駆動回路でスイッチング素子Ｑ０をＰＷＭ制御することによりコンデンサＣ１の両端に有機ＥＬ素子１の駆動電圧にほぼ等しい直流電圧を出力する。但し、このような降圧コンバータ回路は従来周知であるから、詳細な動作説明については省略する。

極性反転手段４は、ＭＯＳＦＥＴからなる第１乃至第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を２つずつ直列接続するとともに直流電源手段３の出力端（コンデンサＣ１の両端）に互いに並列に接続したブリッジ回路からなり、第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続点と第３及び第４のスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続点の間に、極性反転時の突入電流を限流するためのインダクタＬ１を介して有機ＥＬ素子１が接続される。制御手段５は、第１及び第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオンすると同時に第２及び第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオフする期間と、第１及び第４のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４をオフすると同時に第２及び第３のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３をオンする期間とを周期的に切り換えることで有機ＥＬ素子に矩形波電圧を印加する。

ところで、有機ＥＬ素子１は、発光層（有機薄膜）を厚み方向に一対の電極で挟み込んだ構造を有し、一方の電極（カソード）から注入した電子と他方の電極（アノード）から注入した正孔（ホール）が発光層で再結合することによって発光するものであるから、その構造上容量成分を有しており、回路的に見ると有機ＥＬ素子１には容量成分が並列に接続されていることになる。そのため、極性反転手段４から出力される矩形波電圧が逆方向から順方向に反転する際に有機ＥＬ素子１に突入電流が流れるが、突入電流が流れる期間Δｔは有機ＥＬ素子１の容量成分によってほぼ決まり、矩形波電圧の周波数には依存しない（図２参照）。但し、有機ＥＬ素子１と直列に接続されているインダクタＬ１の限流作用によって突入電流のピーク値は抑制される。

ここで、本発明者が矩形波電圧の周波数ｆを変えて有機ＥＬ素子１に流れる電流の実効値Ｉrmを測定したところ、図３に示すように矩形波電圧の周波数ｆが高くなるにつれて有機ＥＬ素子１に流れる電流の実効値Ｉrmが徐々に減少する傾向にあることが判明した。その原因は、矩形波電圧の順方向期間Ｔと突入電流の流れる期間Δｔとの比率に関係があると推測される。つまり、矩形波電圧の立ち上がりから電流値が安定するまでの期間Δｔが矩形波電圧の周波数ｆに関わらずほぼ一定となっていたので、矩形波電圧の周波数ｆを高くしていくと、有機ＥＬ素子１に順方向の電流が流れる期間Ｔに対して突入電流の流れる期間Δｔが無視できなくなって実効値Ｉrmが減少するものと思われる。したがって、制御手段５により矩形波電圧の周波数ｆを変化させれば、有機ＥＬ素子１に流れる電流の実効値Ｉrmをある程度変化させて輝度（発光量）を調整（調光）することが可能になる（図２及び図３参照）。

上述のように本実施形態によれば、矩形波電圧の周波数を変化させることで有機ＥＬ素子１に流れる電流の実効値Ｉrmが変化して調光できるため、直流電源手段３の出力を変えて調光する場合に比較して直流電源手段３の回路構成が簡単で済み、また、従来例のように順方向電圧の印加期間を変化させるようにオンデューティ比を制御する場合に比較して制御手段５の回路構成が簡単になるという利点がある。なお、図４に示すように２つの有機ＥＬ素子１，１を逆並列に接続し、極性反転手段４を構成する第１及び第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をコンデンサＣ２，Ｃ３に置き換えれば、２つの有機ＥＬ素子１，１にそれぞれ交互に順方向電圧を印加して発光させることができて発光効率の向上が図れる。また、本実施形態では極性反転手段４を所謂フルブリッジ形のインバータ回路で構成しているが、図５に示すように２つのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の直列回路とコンデンサＣ４からなるハーフブリッジ形のインバータ回路で構成してもよい。但し、このようなハーフブリッジ形のインバータ回路は従来周知であるから詳細な動作説明は省略する。

ところで、有機ＥＬ素子も蛍光ランプと同様に累積点灯時間が増えるにつれて光出力が低下することが知られている。蛍光ランプを点灯する点灯装置においては、蛍光ランプを交換した初期には定格よりも低い電力を蛍光ランプに与えて調光状態とし、累積点灯時間が増加するに従って蛍光ランプへの供給電力を増やすことで初期から末期まで蛍光ランプの光出力がほぼ一定となるようにする機能（この機能を初期照度補正機能と呼ぶ。）が搭載されている場合がある。したがって、本実施形態においても有機ＥＬ素子１の使用初期に矩形波電圧の周波数ｆを相対的に高い周波数ｆ２として電流の実効値Ｉrmを低くしておき、累積発光時間が増加するに従って矩形波電圧の周波数ｆを徐々に低い周波数ｆ１，ｆ０にして電流の実効値Ｉrmを高くすることで上述の初期照度補正機能を実現することができる。

（実施形態２）
本実施形態は、図６に示すように制御手段５’が有機ＥＬ素子１に流れる電流を検出し、当該検出値が目標とする電流値と一致するように極性反転手段４’を制御して矩形波電圧の周波数を変化させる点に特徴がある。但し、基本的な構成は実施形態１と共通であるから、機能的に共通の構成要素には同一の番号に’を付して説明を省略する。

有機ＥＬ素子においては、図９に示すように駆動電圧Ｖの印加時に流れる電流Ｉにばらつきが生じることが知られている。例えば、図９に実線イで示すように駆動電圧Ｖ０に対して電流Ｉ０が流れるような電圧−電流特性を標準的な特性としたとき、破線ロや破線ハで示すように同じ駆動電圧Ｖ０に対して流れる電流がＩ１やＩ２となる特性を持った有機ＥＬ素子が存在し、かかる特性のばらつきは有機ＥＬ素子の輝度（光出力）のばらつきの原因ともなる。したがって、このような特性のばらつきを考慮すれば、破線ロやハの特性を有する有機ＥＬ素子に対しては、駆動電圧ＶをそれぞれＶ１，Ｖ２とすることで電流Ｉのばらつき、ひいては輝度（光出力）のばらつきを補正することができる。

そこで本実施形態では、有機ＥＬ素子１に流れる電流Ｉの実効値Ｉrmを検出抵抗Ｒｘの電圧降下に変換した検出値として制御手段５’に取り込み、この検出値で示される電流実効値Ｉrmが予め決められている目標値Ｉ０と一致するように制御手段５’が極性反転手段４’から出力される矩形波電圧の周波数を変化させている。例えば、図７に示すようにそれぞれ３通りの電圧−電流特性（Ａ，Ｂ，Ｃ）の何れかを有する有機ＥＬ素子１があった場合、矩形波電圧の周波数ｆ＝ｆ１のときに特性Ａでは電流実効値Ｉrm＝Ｉ１、特性Ｂでは電流実効値Ｉrm＝Ｉ２、特性Ｃでは電流実効値Ｉrm＝Ｉ３になるとすれば、目標値Ｉ０＝Ｉ１に設定したときに特性Ａを有する有機ＥＬ素子１に対しては矩形波電圧の周波数ｆ＝ｆ１、特性Ｂを有する有機ＥＬ素子１に対しては矩形波電圧の周波数ｆ＝ｆ２、特性Ｃを有する有機ＥＬ素子１に対しては矩形波電圧の周波数ｆ＝ｆ３となるように制御手段５’が極性反転手段４’を制御する。その結果、何れの特性Ａ，Ｂ，Ｃを有する有機ＥＬ素子１に対してもほぼ一定の電流が流れるように補正することができる。なお、有機ＥＬ素子１が交換可能でなければ、製造時において個々の有機ＥＬ素子１の特性を検査しておき、検査で判明した特性に合わせて矩形波電圧の周波数ｆを設定しておけばよい。

１有機ＥＬ素子
２点灯装置
３直流電源手段
４極性反転手段
５制御手段
Ｌ１インダクタ

Claims

有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）素子を点灯する点灯装置であって、有機ＥＬ素子に直列に接続されたインダクタと、前記有機ＥＬ素子の駆動電圧に略等しい直流電圧を出力する直流電源手段と、前記直流電源手段から出力する直流電圧の極性を周期的に反転させた矩形波電圧を前記インダクタと前記有機ＥＬ素子の直列回路に印加する極性反転手段と、前記極性反転手段を制御して前記矩形波電圧の周波数を変化させることで前記有機ＥＬ素子の光出力を調整する制御手段とを備え、前記有機ＥＬ素子は、前記極性反転手段から印加される前記矩形波電圧が逆方向から順方向に反転する際に、前記矩形波電圧の周波数に関わらずに略一定の期間だけ突入電流を流す容量成分を有することを特徴とする点灯装置。
前記制御手段は、前記有機ＥＬ素子に流れる電流を検出し、前記検出値が目標とする電流値と一致するように前記矩形波電圧の周波数を変化させることを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
有機ＥＬ素子と、請求項１または２記載の点灯装置とを有することを特徴とする照明装置。