JP4936160B2 - 点灯装置及び照明装置 - Google Patents
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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５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の輝度を調整、すなわち調光している。なお、人の目に感じられる輝度のちらつき防止と有機ＥＬ素子１の長寿命化のために、上記期間を切り換える周期を商用電源ＡＣの電源周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）よりも高い周波数、具体的には電源周波数の２倍以上、より好適には数百Ｈｚ以上とすることが望ましい。
特開２００５−７８８２８号公報
特許第３４３２９８６号公報
ところで、有機ＥＬ素子は、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、極性反転回路ＩＮＶのスイッチング周波数を高くすると、容量成分が充電される前に電圧極性が反転して放電されてしまうために有機ＥＬ素子１が十分な発光に至らない可能性があり、極性反転回路ＩＮＶのスイッチング周波数をあまり高くすることができない。例えば、数センチメートル角の有機ＥＬ素子の容量成分はおよそ０．数μＦ〜数μＦであることが経験上判っているので、極性反転回路ＩＮＶのスイッチング周波数は数ｋＨｚ以下であることが望ましいと考えられる。一方、点灯装置を構成する回路部品から発生する音の問題を考慮すれば、スイッチング周波数は可聴周波数よりも高いことが望ましい。
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、発光輝度を確保しつつ有機ＥＬ素子に印加する周期的な電圧の周波数を高くすることが可能な点灯装置及び照明装置を提供することにある。
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、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素子の駆動電圧に略等しい第１レベルの電圧と第１レベルよりも低く且つ有機ＥＬ素子の障壁電圧よりも高い第２レベルの電圧とを交互に有機ＥＬ素子に出力する直流電源手段と、直流電源手段を制御して第１レベルの電圧の出力期間と第２レベルの電圧の出力期間との比率を変えて有機ＥＬ素子を調光する調光手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、調光手段は、第１レベルの電圧の出力期間と第２レベルの電圧の出力期間の合計期間の周期が一定となるように直流電源手段を制御することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１の発明において、調光手段は、第２レベルの電圧の出力期間が一定となるように直流電源手段を制御することを特徴とする。
請求項４の発明は、上記目的を達成するために、有機ＥＬ素子と、請求項１〜３の何れかに記載の点灯装置とを有することを特徴とする。
本発明によれば、調光手段が直流電源手段を制御して第１レベルの電圧の出力期間と第２レベルの電圧の出力期間との比率を変えて有機ＥＬ素子を調光するので、発光輝度を確保しつつ有機ＥＬ素子に印加する周期的な電圧の周波数を高くすることが可能な点灯装置及び照明装置を提供することができる。
本実施形態の照明装置は、図２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第１レベルの電圧Ｖｄと第１レベルよりも低く且つ有機ＥＬ素子１の障壁電圧よりも高い第２レベルの電圧Ｖｂとを交互に有機ＥＬ素子１に出力する直流電源手段３と、直流電源手段３を制御して第１レベルの電圧Ｖｄの出力期間Ｔｄと第２レベルの電圧Ｖｂの出力期間Ｔｂとの比率を変えて有機ＥＬ素子１を調光する調光手段４とを備える。
直流電源手段３は、第１レベルの電圧Ｖｄを発生する直流電源Ｅと、直流電源Ｅの正極にドレインが接続されたＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１のソースにカソードが接続された整流用のダイオードＤ１と、スイッチング素子Ｑ１のドレインとダイオードＤ１のアノードの間に接続された抵抗Ｒ１と、直流電源Ｅの負極とダイオードＤ１のアノードの間に接続されたコンデンサＣ１と、ダイオードＤ１のアノードにカソードが接続されるとともにアノードが直流電源Ｅの負極に接続されたツェナーダイオードＺＤとで構成され、スイッチング素子Ｑ１のソースに有機ＥＬ素子１のアノードが接続されるとともに直流電源Ｅの負極に有機ＥＬ素子１のカソードが接続される。なお、ツェナーダイオードＺＤは、ツェナー電圧が第１レベルよりも低く且つ有機ＥＬ素子１の障壁電圧よりも高い第２レベルの電圧Ｖｂとなるものである。
一方、調光手段４は、スイッチング素子Ｑ１のゲートに駆動信号を与えて周期的にオン・オフさせるものであって、周期を一定としたままでスイッチング素子Ｑ１のオン期間とオフ期間の比率を変えた駆動信号が出力できるように構成されている。但し、このような調光手段４は従来周知の技術を用いて実現可能であるから、詳細な回路構成についての図示並びに説明は省略する。
次に本実施形態の動作を説明する。調光手段４からＨレベルの駆動信号が出力されている期間（以下、「オン期間Ｔon」と呼ぶ。）にはスイッチング素子Ｑ１がオンとなって直流電源Ｅの発生する第１レベルの直流電圧Ｖｄが有機ＥＬ素子１に印加され、同時にコンデンサＣ１がツェナー電圧（＝第２レベルの電圧Ｖｂ）まで充電される。一方、調光手段４からＬレベルの駆動信号が出力されている期間（以下、「オフ期間Ｔoff」と呼ぶ。）にはスイッチング素子Ｑ１がオフとなってコンデンサＣ１の両端電圧（＝第２レベルの電圧Ｖｂ）がダイオードＤ１を通して有機ＥＬ素子１に印加される。すなわち、図１に示すように第１レベルの直流電圧Ｖｄが印加されて有機ＥＬ素子１が発光するオン期間Ｔonと、第２レベルの直流電圧Ｖｂが印加されるが有機ＥＬ素子１は発光しないオフ期間Ｔoffとが一定の周期Ｔで交互に繰り返され、オフ期間Ｔoffに対するオン期間Ｔonの比率を低くするにつれて有機ＥＬ素子１の輝度（発光量）を減少させることができる。しかも、有機ＥＬ素子１を発光しないオフ期間Ｔoffにおいても、第１レベルＶｄよりも低く且つ有機ＥＬ素子１の障壁電圧よりも高い第２レベルの電圧Ｖｂを印加しているため、オフ期間Ｔoffに続くオン期間Ｔonにおいて有機ＥＬ素子１の応答性が向上し、駆動信号の周期Ｔを短く（周波数を高く）することができ、例えば、駆動信号の周波数を可聴周波数以上とすることで点灯装置２を構成する回路部品から発生する音を実用上問題とならないレベルまで低減することが可能となる。
なお、本実施形態では周期Ｔを一定としてオフ期間Ｔoffに対するオン期間Ｔonの比率を変えているが、図３に示すようにオフ期間Ｔoffを一定としてオン期間Ｔonを変えるように調光手段４が駆動信号を調整しても同様の効果を奏する。
図４は点灯装置２’の別の構成を示す回路であって、第１レベルの電圧Ｖｄと第２レベルの電圧Ｖｂを発生する直流電源手段３’を備えている。この直流電源手段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の低電位側にソースが接続された第１のスイッチング素子Ｑ２と、平滑コンデンサＣ０の低電位側と第１のスイッチング素子Ｑ２のドレインの間に１次巻線が接続されたトランスＴ１と、トランスＴ１の２次巻線の一端にアノードが接続された整流用のダイオードＤ２と、ダイオードＤ２のカソードと２次巻線の他端の間に接続された平滑コンデンサＣ２と、トランスＴ１の中間タップにアノードが接続された整流用のダイオードＤ３と、ダイオードＤ３のカソードと２次巻線の他端の間に接続された平滑コンデンサＣ３と、ダイオードＤ２のカソードにドレインが接続された第２のスイッチング素子Ｑ３と、第２のスイッチング素子Ｑ３のソースにカソードが接続されるとともにアノードがダイオードＤ３のカソードと接続された整流用のダイオードＤ４とを備え、第２のスイッチング素子Ｑ３のソースとトランスＴ１の２次巻線の間に有機ＥＬ素子１が接続されて構成されている。但し、第１のスイッチング素子Ｑ２のソースとトランスＴ１の２次巻線の他端とが接続されている。つまり、第１のスイッチング素子Ｑ２、トランスＴ１、ダイオードＤ３，Ｄ３、平滑コンデンサＣ２，Ｃ３でフォワード形の降圧コンバータを構成しており、一方の平滑コンデンサＣ２に第１レベルの電圧Ｖｄが出力され、他方の平滑コンデンサＣ３に第２レベルの電圧Ｖｂが出力されるように調光手段４’が第１のスイッチング素子Ｑ２をＰＷＭ制御している。但し、このようなフォワード形の降圧コンバータ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。
２つの平滑コンデンサＣ２，Ｃ３に発生する第１レベル及び第２レベルの電圧Ｖｄ，Ｖｂは、調光手段４により第２のスイッチング素子Ｑ３をオン・オフすることで有機ＥＬ素子１に交互に印加され、第１レベルの電圧Ｖｄが印加されるオン期間Ｔonに有機ＥＬ素子１が発光し、第２レベルの電圧Ｖｂが印加されるオフ期間Ｔoffには有機ＥＬ素子１は発光しない。なお、調光手段４’においては、周期Ｔを一定としてオフ期間Ｔoffに対するオン期間Ｔonの比率を変えるか、あるいはオフ期間Ｔoffを一定としてオン期間Ｔonを変えるように駆動信号を調整する。かかる回路構成においては、直流電源手段３’にインダクタンス素子（トランスＴ１）が含まれているため、駆動信号の周波数を高くすることでインダクタンス素子が小型化でき、その結果、点灯装置２’の小型化及び薄型化が図れるという利点がある。但し、点灯装置の構成は本実施形態に限定されるものではない。
１ 有機ＥＬ素子
２ 点灯装置
３ 直流電源手段
４ 調光手段
Ｖｄ 第１レベルの電圧
Ｖｂ 第２レベルの電圧
２ 点灯装置
３ 直流電源手段
４ 調光手段
Ｖｄ 第１レベルの電圧
Ｖｂ 第２レベルの電圧
Claims (4)
- 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素子の駆動電圧に略等しい第１レベルの電圧と第１レベルよりも低く且つ有機ＥＬ素子の障壁電圧よりも高い第２レベルの電圧とを交互に有機ＥＬ素子に出力する直流電源手段と、直流電源手段を制御して第１レベルの電圧の出力期間と第２レベルの電圧の出力期間との比率を変えて有機ＥＬ素子を調光する調光手段とを備えたことを特徴とする点灯装置。
- 調光手段は、第１レベルの電圧の出力期間と第２レベルの電圧の出力期間の合計期間の周期が一定となるように直流電源手段を制御することを特徴とする請求項１記載の点灯装置。
- 調光手段は、第２レベルの電圧の出力期間が一定となるように直流電源手段を制御す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１〜３の何れかに記載の点灯装置とを有することを特徴とする照明装置。
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