JP2012174559A - 面状光源及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源として有機ＥＬ素子層を用いたものにおいて、小形化、薄型化が可能な面状光源及び照明装置を提供する。
【解決手段】本発明は、基板４と；発光機能を有する発光領域ＥＬと、この発光領域ＥＬとは電気的に独立し、光を受光し、これに応じて電気的な信号を出力可能なセンサ機能を有する非発光領域ＮＬとを有し、前記基板４に形成された有機ＥＬ素子層５と；を備え、前記発光領域ＥＬと非発光領域ＮＬとは、同じ層構成で形成されている面状光源１である。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、面状に形成された有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子層を用いた面状光源及び照明装置に関する。

従来、照明装置の光源には、主として白熱電球や蛍光ランプが用いられている。また、この場合、周囲環境の明るさに応じて、例えば、外光の強さに応じて照度を一定に制御するため、照度センサを設けたものが知られている。

ところで、近時、低消費電力、高効率化、長寿命化及び薄型化が可能な光源として有機ＥＬ素子層を用いた照明装置が注目されている。光源として有機ＥＬ素子層を用いる場合にも例えば、外光の強さに応じて照度を一定に制御するためには、別個に照度センサを設け接続する必要がある。

特許２５９７３７７号公報 特開２０１０−２５７７２３号公報

しかしながら、この種、光源として有機ＥＬ素子層を用いた照明装置において、別個に照度センサを設ける場合には、光源と照度センサとの間の配線が必要であり、また、構成的にも複雑化する可能性があり、小形化、薄型化を阻害するという問題を生じる。
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、小形化、薄型化が可能な面状光源及び照明装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態による面状光源は、基板と、この基板に形成された有機ＥＬ素子層とを備えている。また、有機ＥＬ素子層は、発光機能を有する発光領域と、この発光領域とは電気的に独立し、センサ機能を有する非発光領域とを有している。

本発明の実施形態によれば、小形化、薄型化が可能な面状光源及び照明装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置を示す平面図である。 図１中、Ｙ−Ｙ線に沿う断面図である。 図２の一部を拡大して示す断面図である。 有機ＥＬ素子層における照度と電流との関係（光電効果）を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る図２に相当する断面図である。 有機ＥＬ素子層における発光領域の明るさと非発光領域を流れる電流との関係を示すグラフである。 本発明の面状光源の適用例を示す平面図である。

以下、本発明の第１の実施形態に係る照明装置について図１乃至図４を参照して説明する。

図１は、照明装置を示す平面図であり、有機ＥＬパネルの前面側（光の照射面側）を示し、また、回路のブロック構成を示している。なお、図中、基板は説明上、破線で示している。図２は、図１中におけるＹ−Ｙ線に沿う有機ＥＬパネルの断面を示している。また、図３は、有機ＥＬパネルの断面を拡大して示している。なお、各図において、有機ＥＬパネルは模式的に示す図であり、同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明は省略する。
図１乃至図３に示すように、照明装置は、面状光源としての有機ＥＬパネル１と、駆動手段２と、制御手段３とから構成されている。

有機ＥＬパネル１は、矩形状をなす透光性の基板４と、この基板４上に形成された有機ＥＬ素子層５と、この有機ＥＬ素子層５を気密的に封止する封止部材６とを備えている。これらは、いずれも矩形状に形成されており、有機ＥＬパネル１としては、縦横の寸法が約２０ｃｍ前後の大きさで面状に形成されている。なお、後述するように、有機ＥＬ素子層５は、発光領域ＥＬと、非発光領域ＮＬとに区画されている。
透光性の基板４は、ガラス板や透明なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂等から形成されていて、光が透過する材料が用いられている。

この基板４上には、有機ＥＬ素子層５が形成されている。有機ＥＬ素子層５は、基板４上に形成された第１の電極層としての陽極層５１と、この陽極層５１上に形成された有機発光層５２と、有機発光層５２上に形成された第２の電極層としての陰極層５３とを備えている。

陽極層５１は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等からなる透光性を有する透明な層であり、スパッタリング等の成膜法によって形成されている。なお、例えば、基板４上に形成される陽極層５１は、基板４上に直接的に形成されてもよいし、他の層を介して間接的に形成されてもよい。

次に、陽極層５１の形成領域上の全体に亘って有機発光層５２が形成されている。有機発光層５２は、図３に示すように、正孔輸送層５２ａ、発光層５２ｂ及び電子注入層５２ｃが順次積層され、白色発光の発光層として構成されている。発光色を白色にするためには、発光層５２ｂとして赤色、緑色、青色の各色に発光する有機化合物を積層、混合する方法や補色の関係にある青色、黄色に発光する有機化合物を積層、混合する方法等があるが、ここでは、青色、黄色に発光する蛍光材料を積層する場合について説明する。

正孔輸送層５２ａには、例えば、トリフェニルジアミン誘導体、発光層５２ｂには、例えば、黄色発光層の材料として同じくトリフェニルジアミン誘導体、ドーパント材料にテトラセン誘導体、青色発光層の材料としてアントラセン誘導体、ドーパント材料にペリレン誘導体、電子注入層５２ｃには、例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）が用いられて積層されている。

なお、有機発光層５２の層構成や材料は、これらに限るものではなく、設計に応じ各種層構成や材料を採用することができる。例えば、発光層として赤色、緑色、青色の各色に発光する有機化合物を積層する場合、赤の発光層としては、Ａｌｑ（トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム）にＤＣＪＴＢをドープした材料を用いることができる。また、緑の発光層としては、Ａｌｑにジメチルキナクリドンをドープした材料を用いることができる。さらに、青の発光層の材料としては、ＤＰＶＢｉ（４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）−１，１’−ビフェニル）を用いることができる。
また、層構成を陽極層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び陰極層として構成することもできる。

続いて、有機発光層５２の形成領域上の全体に亘って陰極層５３が形成されている。陰極層５３は、金属製であり、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウムアルミニウム合金等が用いられている。この陰極層５３は、光の反射性の高い材料で構成するのが好ましい。

ところで、図４に示すように、この種、有機ＥＬ素子層５は、光電効果を有することが実験的に確認された。すなわち、有機ＥＬ素子層５は、光電変換素子となり、照度に応じた電流又は電圧を生成する機能を有するものである。

図４は、照度に応じて陽極層５１と陰極層５３との間に流れる電流の変化を測定したものである。縦軸が照度（ｌｘ）であり、横軸が電流（μＡ）である。照度に応じて僅かながら電流が流れ変化することが分かる。例えば、約５００ｌｘの照度では、０．６μＡの電流が流れ、約１０００ｌｘの照度では、１．５μＡの電流が流れ、また、約１７５０ｌｘの照度では、３．７μＡの電流が流れるようになる。
このように、有機ＥＬ素子層５は、受光センサ、例えば、照度センサとして用いることが可能であり、照度センサとしての機能を有することが確認できた。

そこで、このような実験結果に基づいて、図１及び図２に示すように、有機ＥＬ素子層５は、発光機能を有する発光領域ＥＬと、センサ機能を有する非発光領域ＮＬとに区画されている。具体的には、有機ＥＬ素子層５における全領域の大部分が発光領域ＥＬであり、矩形状の角部の一部分が非発光領域ＮＬとなっている。発光領域ＥＬは、発光する機能を有する部分であり、非発光領域ＮＬは、照度センサとして機能する部分である。しかしながら、この発光領域ＥＬと非発光領域ＮＬとは、同じ層構成、つまり、同一の構成である。このため、素材が同じであり、構成の簡素化が可能となる。ここで、センサ機能とは、光を受光し、これに応じて電気的な信号を出力可能に構成されたものをいう。

これら発光領域ＥＬと非発光領域ＮＬとは、遮光手段７が介在することによって区画され、構造的に、また、電気的に独立化されている。遮光手段７は、平面視コ字状の絶縁性を有する遮光壁であり、発光領域ＥＬと非発光領域ＮＬとを分離し、発光領域ＥＬから出射される光が直接的に非発光領域ＮＬに作用するのを抑制する機能を有している。

また、陽極層５１における発光領域ＥＬの一辺側には、アルミニウム等からなる金属製の低抵抗の正極側給電端子９ａが接続され、外側に突出するように配設されている。同様に、陰極層５３における発光領域ＥＬの一辺側には、負極側給電端子９ｂが接続され、外側に突出するように配設されている。

さらに、これら正極側給電端子９ａ及び負極側給電端子９ｂとは、各別に、陽極層５１における非発光領域ＮＬの一辺側（正極側給電端子９ａ及び負極側給電端子９ｂと同辺側）には、正極側給電端子１０ａが接続され、陰極層５３における非発光領域ＮＬの一辺側には、負極側給電端子１０ｂが接続されている。
このように、発光領域ＥＬと非発光領域ＮＬとに対応して、別個に給電端子が設けられていて、それぞれ電気的に別個に制御可能に構成されている。

次に、陽極層５１、有機発光層５２及び陰極層５３は、透光性の基板４の外周部に接着剤６ａを介して接着された皿状の封止部材６によって気密的に封止されている。封止部材６は、ガラス製であり、この封止によって空気や水分等の浸入を防止するようになっている。また、封止部材６の内面には、ゲッター剤８が取り付けられている。このゲッター剤８により空気中の水分等による有機ＥＬ素子層５の劣化を防止することができる。

なお、封止部材６は、光を透過する必要はないので、適宜、例えば、金属等の材料を用いて構成してもよく、また、封止構造として、陽極層５１、有機発光層５２及び陰極層５３を窒化珪素膜と樹脂で直接的に覆うようにして封止するようにしてもよい。

図１に示すように、面状光源としての有機ＥＬパネル１には、駆動手段２及び制御手段３が接続されている。具体的には、駆動手段２は、駆動回路であり、商用交流電源ＡＣに接続されていて、この交流電源ＡＣを受けて直流出力を生成する変換回路を備えている。例えば、ダイオードブリッジ回路の出力端子間に平滑コンデンサを接続し、この平滑コンデンサに直流電圧変換回路及び電流検出手段を接続して構成されている。
この駆動回路の正極側出力端が発光領域ＥＬの正極側給電端子９ａに接続され、負極側出力端が発光領域ＥＬの負極側給電端子９ｂに接続されている。

また、制御手段３は、オペアンプ、ＰＷＭ回路や記憶部を備えた制御回路であり、この制御回路の正極側出力端が非発光領域ＮＬの正極側給電端子１０ａに接続され、負極側出力端が非発光領域ＮＬの負極側給電端子１０ｂに接続されている。そして、この制御手段３と駆動手段２とは、信号線によって接続されている。

このように構成された照明装置の動作について説明する。駆動手段２から正極側給電端子９ａ及び負極側給電端子９ｂを介して直流出力が発光領域ＥＬの陽極層５１及び陰極層５３に供給されると、陽極層５１から放出された正孔及び陰極層５３から放出された電子がそれぞれ有機発光層５２に注入される。この注入された正孔及び電子は有機発光層５２内で結合する。この結合の際のエネルギで有機発光層５２内の有機分子が励起状態となり、この励起状態から再び基底状態に戻るときに分子固有の色を有する発光が生じる。具体的には、本実施形態では、白色の発光が生じる。

そして、この発光による光は、主として、透光性の陽極層５１、同じく透光性の基板４を介して外部に放射される。また、一部の光は、陰極層５３の内側面によって反射され、陽極層５１、基板４を通じて外部へ放射される。

一方、非発光領域ＮＬは、照度センサとして機能する。つまり、照度に応じた電流を生成する。このため、非発光領域ＮＬから正極側給電端子１０ａ及び負極側給電端子１０ｂを通じて照度に応じた電流、すなわち、照度検出出力が制御手段３に送信される。そして、制御手段３では、この受信された照度検出出力が処理される。

照度検出出力は、制御手段３内の記憶部に記憶されている目標照度信号と比較演算され、目標照度に一致するように調光制御信号、例えば、ＰＷＭ調光信号が生成され、この信号が駆動手段２に送信される。これにより照明装置、すなわち、有機ＥＬパネル１の発光領域ＥＬが一定の目標照度に制御される。
つまり、例えば、外光が強い場合には、有機ＥＬパネル１の発光領域ＥＬは、減光するように作用する。

また、発光領域ＥＬと非発光領域ＮＬとの間には、遮光手段７が介在しているため、発光領域ＥＬから出射される光が直接的に非発光領域ＮＬに作用するのを抑制することができ、照度検出の適正化を図ることが可能となる。

以上のように本実施形態によれば、有機ＥＬ素子層５に発光領域ＥＬとは電気的に独立化されたセンサ機能を有する非発光領域ＮＬを形成するようにしたので、小形化、薄型化が可能な面状光源及び照明装置を提供することができる。
次に、本発明の第２の実施形態に係る照明装置について主として図５及び図６を参照して説明する。

図５は、第１の実施形態のおける図２に相当する断面図である。また、図６は、発光領域ＥＬにおける平均輝度と非発光領域ＮＬにおける陽極層５１と陰極層５３との間に流れる電流の変化を測定したものである。なお、第１の実施形態と同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明は省略する。

本実施形態では、第１の実施形態とは、非発光領域ＮＬにおいて受光する対象物を異にしているものである。第１の実施形態では、床面の反射光等の外光を非発光領域ＮＬにおいて受光し、照度センサとして機能させるものであったが、本実施形態では、発光領域ＥＬの輝度、つまり、自己の明るさを検出し、明るさセンサとして機能させるものである。
したがって、発光領域ＥＬから出射される光が非発光領域ＮＬに伝播して、非発光領域ＮＬに作用するように構成されている。

具体的には、図５に示すように、発光領域ＥＬと非発光領域ＮＬとは、透光手段７ａが介在することによって区画され、構造的に、また、電気的に独立化されている。透光手段７ａは、透光性、かつ絶縁性を有する合成樹脂やガラス材料から形成されている。これによって、発光領域ＥＬと非発光領域ＮＬとは、電気的に絶縁され、また、発光領域ＥＬから出射される光が透光手段７ａを透過して非発光領域ＮＬにおいて受光されるようになっている。

また、基板４の前面側であって、非発光領域ＮＬと対応する部分には、遮光部材７ｂが設けられている。この遮光部材７ｂによって、非発光領域ＮＬに外光が作用するのを抑制できるようになっている。
このように構成される有機ＥＬパネル１は、第１の実施形態において説明したように、光電効果を有する。

図６に示すように、発光領域ＥＬの光出力、すなわち、明るさの変化に応じて非発光領域ＮＬの陽極層５１と陰極層５３との間に流れる電流が変化することが実験的に求められた。

図６において、縦軸は、光源面平均輝度（ｃｄ／ｍ^２）、つまり、発光領域ＥＬの平均輝度を示しており、横軸は、非発光領域ＮＬ（明るさセンサ）の電流（μＡ）を示している。例えば、発光領域ＥＬの平均輝度が５００ｃｄ／ｍ^２では、約０．００２μＡの電流が流れ、発光領域ＥＬの平均輝度が１７５０ｃｄ／ｍ^２では、約０．００７５μＡの電流が流れる。
したがって、非発光領域ＮＬを発光領域ＥＬの明るさセンサとして用いることができ、発光領域ＥＬの明るさを一定に制御することが可能となる。

上記のように構成された有機ＥＬパネル１を用いた照明装置において、非発光領域ＮＬは、発光領域ＥＬからの光を受光し、明るさセンサとして機能する。つまり、発光領域ＥＬの明るさに応じた電流を生成する。

このため、非発光領域ＮＬから正極側給電端子１０ａ及び負極側給電端子１０ｂを通じて明るさに応じた電流、すなわち、明るさ検出出力が制御手段３に送信される。そして、制御手段３では、この受信された明るさ検出出力が処理される。

明るさ検出出力は、制御手段３内の記憶部に記憶されている目標とする明るさ信号と比較演算され、目標の明るさに一致するように調光制御信号が生成され、この信号が駆動手段２に送信される。これにより照明装置、すなわち、有機ＥＬパネル１の発光領域ＥＬが一定の明るさに自己制御される。

したがって、この種、有機ＥＬパネル１は、外部の温度環境によって明るさの変化が発生しやすい傾向を有しているが、一定の明るさを維持することが可能となる。

以上のように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、有機ＥＬ素子層５に発光領域ＥＬとは電気的に独立化されたセンサ機能を有する非発光領域ＮＬを形成するようにしたので、小形化、薄型化が可能な面状光源及び照明装置を提供することができる。また、有機ＥＬパネル１の発光領域ＥＬを一定の明るさに自己制御することができる。

次に、上記有機ＥＬパネル１の適用例について説明する。図７に示すように、有機ＥＬパネル１は、モジュール化して例えば、天井面に複数並べて配設し、広い面状の光源を有する照明装置として構成できる。

この場合、各有機ＥＬパネル１ごとに非発光領域ＮＬを照度センサ又は明るさセンサとして機能させるようにしてもよいし、代表して一つの有機ＥＬパネル１の非発光領域ＮＬを照度センサ又は明るさセンサとして機能させるようにし、全体の照度又は明るさを制御するようにしてもよい。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。また、本発明の面状光源は、例えば、屋内又は屋外で使用される各種照明装置、ディスプレイ装置等に適用できる。

１・・・面状光源（有機ＥＬパネル）、２・・・駆動手段、３・・・制御手段、
４・・・基板、５・・・有機ＥＬ素子層、６・・・封止部材、７・・・遮光手段、
７ａ・・・透光手段、５１・・・陽極層、５２・・・有機発光層、５３・・・陰極層、
ＥＬ・・・発光領域、ＮＬ・・・非発光領域

Claims (5)

1. 基板と；
   発光機能を有する発光領域と、この発光領域とは電気的に独立し、センサ機能を有する非発光領域とを有し、前記基板に形成された有機ＥＬ素子層と；
   を具備することを特徴とする面状光源。
2. 前記発光領域と非発光領域とは、同じ層構成で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面状光源。
3. 前記発光領域と非発光領域との間には、遮光手段が介在されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の面状光源。
4. 前記発光領域と非発光領域との間には、透光手段が介在されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の面状光源。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の面状光源と；
   この面状光源の非発光領域による検出出力に基づいて、発光領域から出射される光を調光制御する制御手段と；
   を具備することを特徴とする照明装置。

Images