JP2019117806A

JP2019117806A - 発光装置

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Publication number: JP2019117806A
Application number: JP2019082582A
Authority: JP
Inventors: 石塚　真一; Shinichi Ishizuka; 真一石塚; 吉田　綾子; Ayako Yoshida; 綾子吉田
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2019-07-18

Abstract

【課題】第２の有機層の輝度に対する第１の有機層の輝度の比率を広い範囲で制御できるようにする。【解決手段】第２電極１３０は第１電極１１０と重なっており、第３電極１５０は第２電極１３０と重なっている。第１有機層１２０は第１電極１１０と第２電極１３０の間に位置しており、第２有機層１４０は第２電極１３０と第３電極１５０の間に位置している。第１電流源２２０は第１電極１１０に接続しており、第２電流源２４０は第２電極１３０に接続している。また、スイッチ２３０は第２電極１３０と第３電極１５０とを接続している。そして、第１有機層１２０の発光スペクトルのピーク波長は、第２有機層１４０の発光スペクトルのピーク波長と異なる。【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に関する。

発光装置の光源の一つに有機ＥＬ素子がある。有機ＥＬ素子は、２つの電極の間に有機層を配置した構成を有している。有機ＥＬ素子には、２つの電極の間に複数の有機層を有するものがある。近年は、例えば発光特性の異なる複数種類の有機層を有する有機ＥＬ素子も提案されている。

例えば特許文献１には、基板の上にＩＴＯからなる第１電極、第１の有機層、第２電極、第２の有機層、第３電極、第３の有機層、及び第４電極をこの順に重ねた構成を有している。このような構成において、第１電極は接地され、第２電極には第１のオペアンプの出力端子が接続されており、第３電極には第２のオペアンプの出力端子が接続されており、第４電極には第３のオペアンプの出力端子が接続されている。第１のオペアンプの非反転入力端子、第２のオペアンプの非反転入力端子、及び第３のオペアンプの非反転入力端子は、それぞれ互いに異なる入力端子に接続している。また、第２のオペアンプの非反転入力端子には第１のオペアンプの出力端子も接続されており、第３のオペアンプの非反転入力端子には第２のオペアンプの出力端子も接続されている。

また特許文献２には、第１電極、第１発光層、中間電極層、第２発光層、及び第２電極をこの順に積層した有機ＥＬ装置において、第２電極と第３電極とを可変抵抗を介して接続することが記載されている。特許文献２において、可変抵抗の抵抗を調整することにより、第２発光層に輝度を調節することができる、と記載されている。

特表２００１−５１１２９６号公報特開２０１４−１５００００号公報

互いに発光色が異なる複数の発光層を積層した有機ＥＬ素子において、当該有機ＥＬ素子から発光される発光色を調整するためには、複数の発光層それぞれの輝度を互いに独立して制御できるようにすることが好ましい。しかし、特許文献１に記載の方法では、第２のオペアンプを制御して第２の有機層の電流量を増加させると、第２の有機層から第１の有機層に流れる電流量も増加してしまう。このため、第２の有機層の輝度に対する第１の有機層の輝度の比率を一定値以下にすることが難しい。

また、特許文献２に記載の方法では、可変抵抗を用いて第２の有機層から第１の有機層に流れる電流量を減らすことにより第１の有機層の輝度を調節している。このため、第２の有機層の輝度に対する第１の有機層の輝度の比率を下げることはできても、この比率を一定値以上にすることはできない。

本発明が解決しようとする課題としては、第２の有機層の輝度に対する第１の有機層の輝度の比率を広い範囲で制御できるようにすることが一例として挙げられる。

請求項１に記載の発明は、
発光層を含む第１有機層と、
前記発光層を含み、前記第１有機層と重なっている第２有機層と、
前記第１有機層及び前記第２有機層に電流を流す第１電流源と、
前記第２有機層に電流を流す第２電流源と、
を備え、
前記第１有機層の発光色は、前記第２有機層の発光色と異なる発光装置である。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。図１に示した発光装置の等価回路図である。制御部の制御モードを説明するための図である。第１モードを説明するための図である。第１モードを説明するための図である。第２モードを説明するための図である。第２モードを説明するための図である。第２モードを説明するための図である。第２モードを説明するための図である。第３モードを説明するための図である。第３モードを説明するための図である。変形例１に係る発光装置の構成を示す図である。実施形態に係る発光装置の動作を説明するための図である。変形例１に係る発光装置の動作を説明するための図である。変形例２に係る制御部の動作を説明するための図である。変形例２に係る制御部の動作を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１は、実施形態に係る発光装置１０の構成を示す断面図である。図２は、図１に示した発光装置１０の等価回路図である。実施形態に係る発光装置１０は、第１電極１１０、第１有機層１２０、第２電極１３０、第２有機層１４０、第３電極１５０、制御部２１０、第１電流源２２０、スイッチ２３０、及び第２電流源２４０を有している。第２電極１３０は第１電極１１０と重なっており、第３電極１５０は第２電極１３０と重なっている。第１有機層１２０は第１電極１１０と第２電極１３０の間に位置しており、第２有機層１４０は第２電極１３０と第３電極１５０の間に位置している。第１電流源２２０は第１電極１１０に接続しており、第２電流源２４０は第２電極１３０に接続している。また、スイッチ２３０は第２電極１３０と第３電極１５０とを接続している。そして、第１有機層１２０の発光スペクトルのピーク波長は、第２有機層１４０の発光スペクトルのピーク波長と異なる。言い換えると、第１有機層１２０の発光色は、第２有機層１４０の発光色と異なる。制御部２１０は、第１電流源２２０、スイッチ２３０、及び第２電流源２４０を制御する。以下、詳細に説明する。

第１電極１１０、第１有機層１２０、第２電極１３０、第２有機層１４０、及び第３電極１５０は、基板１００の第１面に形成されている。

基板１００は、例えばガラスや透光性の樹脂などの透光性の材料で形成されている。基板１００は、例えば矩形などの多角形である。ここで、基板１００は可撓性を有していてもよい。基板１００が可撓性を有している場合、基板１００の厚さは、例えば１０μｍ以上１０００μｍ以下である。特に基板１００をガラス材料で可撓性を持たせる場合、基板１００の厚さは、例えば２００μｍ以下である。基板１００を樹脂材料で可撓性を持たせる場合は、基板１００の材料として、例えばＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、又はポリイミドを含ませて形成されている。また、基板１００が樹脂材料を含む場合、水分が基板１００を透過することを抑制するために、基板１００の少なくとも発光面（好ましくは両面）に、ＳｉＮ_ｘやＳｉＯＮなどの無機バリア膜が形成されている。

第１電極１１０及び第２電極１３０は、光透過性を有する透明電極である。透明電極を構成する透明導電材料は、金属を含む材料、例えば、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）、ＩＷＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｕｎｇｓｔｅｎＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）、ＺｎＯ（ＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）等の金属酸化物である。第１電極１１０及び第２電極１３０の厚さは、例えば１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。第１電極１１０及び第２電極１３０は、例えばスパッタリング法又は蒸着法を用いて形成される。なお、第１電極１１０及び第２電極１３０は、カーボンナノチューブ、又はＰＥＤＯＴ／ＰＳＳなどの導電性有機材料であってもよい。また、特に第２電極１３０は、これらの材料を含む層の上に、後述する第３電極１５０の材料を含む層との積層した構造や、第３電極１５０の材料を網状に配置した構造であってもよい。この場合、第３電極１５０の材料からなる層は５００ｎｍ以下であることが好ましい。

第３電極１５０は、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、及びＩｎからなる第１群の中から選択される金属又はこの第１群から選択される金属の合金からなる金属層を含んでいる。この場合、第３電極１５０は遮光性を有している。第３電極１５０の厚さは、例えば１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。ただし、第３電極１５０は、第１電極１１０の材料として例示した材料を用いて形成されていてもよい。第３電極１５０は、例えばスパッタリング法又は蒸着法を用いて形成される。

第１有機層１２０及び第２有機層１４０は、いずれも、正孔注入層、発光層、及び電子注入層をこの順に積層させた構成を有している。正孔注入層と発光層との間には正孔輸送層が形成されていてもよい。また、発光層と電子注入層との間には電子輸送層が形成されていてもよい。第１有機層１２０及び第２有機層１４０は蒸着法で形成されてもよい。また、第１有機層１２０のうち少なくとも一つの層、例えば第１電極１１０と接触する層は、インクジェット法、印刷法、又はスプレー法などの塗布法によって形成されてもよい。また、第２有機層１４０のうち少なくとも一つの層、例えば第２電極１３０と接触する層は、インクジェット法、印刷法、又はスプレー法などの塗布法によって形成されてもよい。なお、この場合、第１有機層１２０の残りの層及び第２有機層１４０の残りの層は、蒸着法によって形成されている。また、第１有機層１２０のすべての層及び第２有機層１４０のすべての層が、塗布法を用いて形成されていてもよい。

上記したように、第１有機層１２０の発光スペクトルのピーク波長は、第２有機層１４０の発光スペクトルのピーク波長と異なる。例えば、第１有機層１２０は赤色の波長域にピークを有しており、第２有機層１４０は赤色より短波長側（例えば青色の波長域）にピークを有している。このため、発光装置１０の発光色は、第１有機層１２０の発光色と第２有機層１４０の発光色を混ぜた色（例えば白色）になる。そして、発光装置１０の発光色は、第１有機層１２０の輝度に対する第２有機層１４０の輝度の比率を変更することにより、変更することができる。なお、第１有機層１２０が有するピークと第２有機層１４０が有するピークは逆であってもよい。

そして、第１電極１１０は第１有機層１２０の陽極となっており、かつ、第１電流源２２０の出力端子が接続されている。また、第２電極１３０は第１有機層１２０の陰極となっており、かつ第２有機層１４０の陽極になっている。第２電極１３０は、さらに、第２電流源２４０の出力端子が接続されている。そして第３電極１５０は第２有機層１４０の陰極であり、かつ、接地電位が印加されている。

第１電流源２２０及び第２電流源２４０は電流源であり、制御部２１０によって制御されている。第１電流源２２０及び第２電流源２４０は、例えばスイッチングレギュレータである。ただし、第１電流源２２０及び第２電流源２４０は、他の構造の電流源であってもよい。

また、発光装置１０はスイッチ２３０を有している。スイッチ２３０は、例えば電力制御用のトランジスタであり、第２電極１３０及び第３電極１５０を接続している。制御部２１０は、スイッチ２３０の開閉を制御している。詳細を後述するように、制御部２１０は、スイッチ２３０をＰＷＭ（Pulse width modulation）制御する。

次に、制御部２１０の動作について説明する。制御部２１０は、図３に示すように、第１有機層１２０及び第２有機層１４０を、第１モード、第２モード、及び第３モードの３パターンで発光させる。第１モードでは、制御部２１０は、第１電流源２２０をオンにして、スイッチ２３０及び第２電流源２４０をオフにする。その結果、第１有機層１２０と第２有機層１４０には同じ大きさの電流が流れる。第２モードでは、制御部２１０は、第１電流源２２０をオンにして、第２電流源２４０をオフにして、スイッチ２３０をＰＷＭ制御する。これにより、第２有機層１４０に流れる電流は第１有機層１２０に流れる電流以下になる。第３モードでは、制御部２１０は、第１電流源２２０及び第２電流源２４０をオンにして、スイッチ２３０をオフにする。これにより、第２有機層１４０に流れる電流は第１有機層１２０に流れる電流よりも多くなる。以下、詳細に説明する。以下の説明において、図２に示すように、第１電流源２２０が流す電流をＩ_１、第２電流源２４０が流す電流をＩ_２、第１有機層１２０に流れる電流をＩ_０１、第２有機層１４０に流れる電流をＩ_０２とする。

まず、図４及び図５を用いて、第１モードについて説明する。第１モードにおいて、制御部２１０は、スイッチ２３０を開いた状態で第１電流源２２０から第１電極１１０に電流を流す。この際、制御部２１０は第２電流源２４０を動作させない。すなわちＩ_２＝０にする。これにより、第１電極１１０から第３電極１５０に電流Ｉ_１が流れる。その結果、第１有機層１２０に流れる電流Ｉ_０１と第２有機層１４０が流れる電流Ｉ_０２はいずれもＩ_１になる。このため、図４及び図５に示すように、第１電流源２２０からの電流Ｉ_１が大きくなると、Ｉ_１に比例して電流Ｉ_０１及び電流Ｉ_０２は大きくなり、その結果、第１有機層１２０が発光する光の強度(輝度)及び第２有機層１４０が発光する光の強度（輝度）も大きくなる。一方、第１電流源２２０からの電流Ｉ_１が小さくなると、Ｉ_１に比例して電流Ｉ_０１及び電流Ｉ_０２は小さくなり、その結果、第１有機層１２０が発光する光の強度(輝度)及び第２有機層１４０が発光する光の強度（輝度）も小さくなる。

次に、図６、図７、図８、及び図９を用いて、第２モードについて説明する。第２モードにおいて、制御部２１０は、第１電流源２２０から第１電極１１０に電流を流す。また、制御部２１０は、スイッチ２３０の開閉を繰り返してＰＷＭ制御を行う。この際、第２電流源２４０は動作しない。すなわちＩ_２＝０である。

まず、図６に示すように、第１有機層１２０に流れる電流Ｉ_０１は、第１モードと同様に第１電流源２２０から流れる電流Ｉ_１に等しい。

次に、図７及び図８を用いて、第２有機層１４０に流れる電流Ｉ_０２について説明する。スイッチ２３０が開いている間、第２有機層１４０を流れてきた電流Ｉ_０１（＝Ｉ_１）は第２電極１３０及び第２有機層１４０を介して第３電極１５０に流れる。一方、スイッチ２３０が閉じている間、第１有機層１２０を流れてきた電流Ｉ_０１は第２電極１３０からスイッチ２３０を介して第３電極１５０に直接流れるため、第２有機層１４０には流れない。このため、図７に示すようにスイッチ２３０の開閉の一周期の長さをＴ、一周期においてスイッチ２３０が閉じている（オン）期間の長さをＨとすると、第２電流源２４０から第２有機層１４０に流れる電流は、Ｉ_１×（１−Ｈ／Ｔ）（デューティ比）となる。このため、図８に示すように、制御部２１０は、スイッチ２３０のＰＷＭ制御におけるデューティ比を制御することにより、第２有機層１４０に流れる電流Ｉ_０２を、Ｉ_１以下の所望の値に制御することができる。

その結果、図９に示すように、スイッチ２３０のＰＷＭ制御におけるデューティ比が大きくなるにつれて、第２有機層１４０の輝度は小さくなる。従って、第１有機層１２０の輝度を固定したまま、第２有機層１４０の輝度を小さくすることができる。

次に、第３モードについて、図１０及び図１１を用いて説明する。第３モードでは、上記したように、制御部２１０は、スイッチ２３０を開いた状態で第１電流源２２０及び第２電流源２４０をオンにする。これにより、図１０に示すように、第１有機層１２０に流れる電流Ｉ_０１は、第１モードと同様に第１電流源２２０から流れる電流Ｉ_１に等しい。一方、図１１に示すように、第２有機層１４０に流れる電流Ｉ_０２は、第１有機層１２０を流れてきた電流Ｉ_０１（＝Ｉ_１）に、第２電流源２４０から流れてきた電流Ｉ_２を加えた量になる。従って、第１有機層１２０の輝度を固定したまま、第２有機層１４０の輝度を大きくすることができる。

以上の通り、本実施形態によれば、制御部２１０は、第１電流源２２０から流れる電流Ｉ_１の大きさを制御することにより、第１有機層１２０の輝度を制御することができる。また、制御部２１０は、スイッチ２３０及び第２電流源２４０を制御することにより、第２有機層１４０の輝度を、第１有機層１２０の輝度から独立して制御することができる。この際、制御部２１０は、第２電流源２４０の輝度を大きくすることもでき、かつ小さくすることもできる。従って、制御部２１０は、第１有機層１２０の輝度に対する第２有機層１４０の輝度の比率を広い範囲で制御できる。その結果、発光装置１０の発光色の変更可能範囲は広くなる。

（変形例１）
図１２は、変形例１に係る発光装置１０の構成を示す図である。本図に示す発光装置１０は、スイッチ２３０と第３電極１５０の間にツェナーダイオード２５０を有している点を除いて、実施形態に係る発光装置１０と同様の構成である。

ツェナーダイオード２５０はスイッチ２３０と第３電極１５０の間に、逆方向に接続している。具体的には、ツェナーダイオード２５０の負極はスイッチ２３０に接続しており、ツェナーダイオード２５０の正極は第３電極１５０に接続している。これにより、スイッチ２３０の電位は、グラウンド電位に対してツェナー電位分高くなる。

次に、本変形例に係る発光装置１０の動作について、図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は、実施形態において、第２有機層１４０に電流を流し始めてから第２有機層１４０が光るまでのタイムラグを説明するための図である。第２有機層１４０が光るためには、第２有機層１４０に加わる電位が閾値電圧以上になる必要がある。一方、第２電極１３０、第２有機層１４０、及び第３電極１５０の積層体はキャパシタとしても機能するため、第２有機層１４０に電流を流し始めてから第２有機層１４０が光るまで（すなわち第２電極１３０と第３電極１５０の間の電圧が基準電圧以上になるまで）には、タイムラグが発生する。

一方、図１４に示すように、本変形例では、スイッチ２３０と第３電極１５０の間にはツェナーダイオード２５０が逆方向に接続されている。このため、第２モードにおいて、スイッチ２３０を閉じている間（すなわち第２有機層１４０に電流を流す前）、第２電極１３０の電圧はツェナーダイオード２５０のツェナー電位分高くなっている。従って、スイッチ２３０を開いて第２有機層１４０に電流を流し始めてから、第２有機層１４０に加わる電圧（すなわち第２電極１３０と第３電極１５０の間の電圧）が基準電圧以上になるまでの時間は短くなる。従って、実施形態と比較して、第２有機層１４０に電流を流し始めてから第２有機層１４０が光るまでのタイムラグは短くなる。

（変形例２）
図１５及び図１６は、変形例２に係る制御部２１０の動作を説明するための図である。変形例１で説明したように、第２有機層１４０に電流を流し始めてから第２有機層１４０が光るまで（すなわち第２電極１３０と第３電極１５０の間の電圧が基準電圧以上になるまで）には、タイムラグが発生する。そこで本変形例では、図１５に示すように、第２モードにおいて、スイッチ２３０を開いて第１有機層１２０を流れてきた電流Ｉ_０１（＝Ｉ_１）を第２有機層１４０に流し始めると、第２電流源２４０からの電流Ｉ_２を一定期間第２有機層１４０に流す。これにより、第２有機層１４０を流れる電流はＩ_１＋Ｉ_２となり、第２有機層１４０に電荷が蓄積する速度は速くなる。その結果、第２有機層１４０に電流を流し始めてから第２有機層１４０に加わる電圧が基準電圧以上になるまでの時間は短くなる。従って、図１６に示すように、実施形態と比較して、第２有機層１４０に電流を流し始めてから第２有機層１４０が光るまでのタイムラグは短くなる。

そして、第２有機層１４０が光り始めたタイミング（またはそれより前のタイミング）で、制御部２１０は、第２電流源２４０をオフにする。あるいは、制御部２１０は、スイッチ２３０を制御することにより、予め決定された一定期間のみ第２電流源２４０からの電流Ｉ_２を第２有機層１４０に流す制御を行う。これにより、第２有機層１４０の輝度が高くなることを抑制できる。

制御部２１０は、ＰＷＭ制御における各パルスで上記した制御を行う。なお、制御部２１０は、第１モードにおいて、図１５と同様の制御を行ってもよい。

また、第３電極１５０のうち第２電極１３０とは逆側の面に、第３有機層及び第４電極を設け、第３電極１５０と第４電極をスイッチを介して互いに接続してもよい。この場合、第１有機層１２０、第２有機層１４０、及び第３有機層を、例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂ、のそれぞれに発光のピークを有する有機層にしてもよい。このような構成にすることにより、スイッチの制御と、個々の有機層の発光の発光色との関係が一義的に対応することとなり、発光色の制御が容易となる。また、有機層、電極、及びスイッチをさらに増やしてもよい。

以上、図面を参照して実施形態及び実施例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

Claims

発光層を含む第１有機層と、
前記発光層を含み、前記第１有機層と重なっている第２有機層と、
前記第１有機層及び前記第２有機層に電流を流す第１電流源と、
前記第２有機層に電流を流す第２電流源と、
を備え、
前記第１有機層の発光色は、前記第２有機層の発光色と異なる発光装置。
請求項１に記載の発光装置において、
前記第２有機層に流れる電流のオンオフを切り替えるスイッチをさらに備える発光装置。
請求項２に記載の発光装置において
第１電極と、
前記第１電極と重なっている第２電極と、
前記第２電極と重なっている第３電極と、
をさらに備え、
前記第１有機層は前記第１電極と前記第２電極の間に位置しており、
前記第２有機層は前記第２電極と前記第３電極の間に位置している発光装置。
請求項３に記載の発光装置において
前記第１電流源は前記第１電極に接続しており、
前記第２電流源は前記第２電極に接続しており、
前記スイッチは前記第２電極と前記第３電極を接続している発光装置。
請求項３又は４に記載の発光装置において、
前記第１電極は前記第１有機層の陽極であり、
前記第２電極は前記第１有機層の陰極であり、かつ前記第２有機層の陽極であり、
前記第３電極は前記第３有機層の陰極である発光装置。