JP5138387B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置に係り、特に、有機エレクトロルミネッセンス発光層を電極間に介挿して構成する発光モジュールに、点灯回路から電流を印加して所定の明るさで発光させる照明装置に関する。

自発光型の有機エレクトロルミネッセンス素子は、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）現象を利用しているので発熱がほとんどなく、かつ軽量・薄型であり、駆動電圧が低いなど多くの利点を有している。

近年、この有機エレクトロルミネッセンス素子を光源として室内など広い空間を照明する有機エレクトロルミネッセンス照明装置が要望されている。広い空間を照明するために、有機エレクトロルミネッセンス素子自体をそのまま大型化すると、有機エレクトロルミネッセンス素子を構成する有機発光層の膜厚を均一に形成することが困難になると共に、電極材料による電圧降下等によって、発光むら（輝度むら）が発生し易いなどの不具合が生じる。

これを解決するために、従来、有機エレクトロルミネッセンス素子からなる発光モジュールを複数設置し、発光モジュールに点灯回路を接続して電圧を給電することにより、広い空間を照明するようにした照明装置が提案されている。

このような照明装置では、発光モジュールの有機エレクトロルミネッセンス素子に流れる電流を制御することによって所定の明るさを得ている。図７は、有機エレクトロルミネッセンス素子に流れる電流を制御する点灯回路の例である。

図７において、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール５０に抵抗Ｒ３を直列に接続し、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール５０に流れる電流Ｉｌａを抵抗Ｒ３両端の電圧値として検出し、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール５０に所定の電流を供給するように予め設定したＩｌａの基準値との差を差動アンプＯＰ３で増幅して、スイッチングトランジスタＱ２のベースに供給する。スイッチングトランジスタＱ２は、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール５０に流れる電流Ｉｌａが基準値と等しくなるように制御する。

一般に、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュールに電流Ｉｌｓを印加した場合の発光明るさは、図８に示す直線Ａのように、リニアな関係にある。しかしながら、直線Ｂ或いはＣに示すように、他の有機エレクトロルミネッセンス発光モジュールでは、印加する電流が同じであっても個体ばらつきによって明るさに差異が生じることがある。また、同じ個体で、かつ同じ電流を継続して印加しても、経年変化によって明るさが変化してしまう。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、個体ばらつき及び経年変化によることなく、所定の明るさで点灯することのできる有機エレクトロルミネッセンス照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、発光モジュールに、点灯回路から電流を印加して発光させる照明装置であって、前記発光モジュールの端部側面に対向して配設された光センサを具え、前記点灯回路は、前記光センサによって検出した前記発光モジュールの明るさに基づいて、前記発光モジュールが所定の明るさになるように、前記電流を制御し、前記発光モジュールは、透光性基板上に、有機エレクトロルミネッセンス発光層を電極間に介挿して構成された有機エレクトロルミネッセンス発光モジュールであり、前記透光性基板の端部の長手方向の一部に形成された凹部に高屈折率部材が埋設された部位を設け、前記光センサを前記部位に対向して配設するものである。

この構成により、点灯回路から電流を印加して発光させる際に、光センサによって検出した発光モジュールの明るさに基づいて、発光モジュールが所定の明るさになるように電流を制御するので、個体ばらつき及び経年変化によることなく、所定の明るさで点灯することができる。
また、この構成により、発光モジュールの明るさを効率よく光センサに導いて検出することができるので、検出した発光モジュールの明るさに基づいて、発光モジュールが所定の明るさになるように電流を制御するので、個体ばらつき及び経年変化によることなく、所定の明るさで点灯することができる。ここで、透光性基板の端部に高屈折率領域を設け、この高屈折率領域から光を取り出すようにすることでより、高感度のセンサ出力を得ることができる。例えば、透光性のガラス基板の一部をエッチングして凹部を形成し、この凹部に高屈折率材料を充填してもよい。また基板材料によっては、この凹部に一旦酸化シリコン膜を形成しこの内側に酸化シリコン膜よりも高屈折率薄膜である窒化シリコン膜を形成し、窒化シリコン膜内を光が伝搬するようにするなど、多層構造にすることも可能である。

更に、本発明は、上記照明装置において、複数の前記光センサを配設し、前記点灯回路は、複数の前記光センサによって検出した前記発光モジュールの明るさの差異に基づいて、前記発光モジュールに印加する電流を制御するものも含む。

この構成により、複数の光センサによって検出した発光モジュールの明るさの差異に基づいて、発光モジュールに印加する電流を制御することで、個体ばらつき及び経年変化によることなく、所定の明るさで点灯することができる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記点灯回路は、複数の前記光センサによって検出した前記発光モジュールの明るさの差異が所定値以上になった場合に、前記発光モジュールに印加する電流を停止するように制御するものも含む。

この構成により、光センサによって検出した発光モジュールの明るさの差異が所定値以上になった場合に、発光モジュールに印加する電流を停止して消灯するように制御することで、使用者が発光モジュールの寿命を判断することができ、照明装置のメンテナンスが容易となる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記点灯回路は、複数の前記光センサによって検出した前記発光モジュールの明るさの差異が所定値以上になった場合に、前記発光モジュールが点滅するように、前記電流を制御するものも含む。

この構成により、光センサによって検出した発光モジュールの明るさの差異が所定値以上になった場合に、発光モジュールの発光を点滅するように制御することで、使用者が発光モジュールの寿命を判断することができ、照明装置のメンテナンスが容易となる。

また、本発明は、上記照明装置において、前記点灯回路は、複数の前記発光モジュールに印加する電流の差異が所定値以上になった場合に、外部へ信号を出力するものも含まれる。

この構成により、複数の発光モジュールに印加する電流の差異が所定値以上になった場合に、外部へ信号を出力することで、使用者が発光モジュールの寿命を判断することができ、メンテナンスが容易となる。

本発明によれば、個体ばらつき及び経年変化によることなく、所定の明るさで点灯することのできる有機エレクトロルミネッセンス照明装置を提供することができる。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における照明装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

図１において、本実施の形態における照明装置１は、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０と、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０の明るさを検出する明るさ検出部２０を有する構成である。

有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０は、図１（ｂ）に示すように、透光性基板としてのガラス基板１１と、透光性電極１２と、有機発光層１３と、金属電極１４から構成される。

ガラス基板１１は、有機発光層１３で発生する光に対して透光性を有し、透光性電極１２は、陽極を構成するためのＩＴＯ（Indium Tin Oxide）蒸着膜から形成され、ガラス基板１１と同様に、有機発光層１３で発生する光Ｐ１に対して透光性を有する。また、金属電極１４は、陰極となる導電性の薄膜であり、例えばアルミニウム蒸着膜から形成される。

透光性電極１２と金属電極１４は、後述する点灯回路に接続されてそれぞれ陽極および陰極となり、両電極間に電圧を印加することで有機発光層１３が発光し、ガラス基板１１を介して外部に光Ｐ１を放射する。

明るさ検出部２０は、ガラス基板１１の端部側面に対向するように、例えばフォトダイオード等の光センサを配設し、光Ｐ１の一部がガラス基板１１内部で反射して伝播する光Ｐ２（破線で示す）を検出することで、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュールの明るさに応じた信号を出力する。なお、フォトダイオード等の光センサは、ガラス基板１１の端部側面に密着されるように配設してもよい。

図２は、明るさ検出部２０の概略構成を示す図である。図２において、フォトダイオードＰＤが光Ｐ２の明るさに応じた電流を発生すると、抵抗Ｒ１とオペアンプＯＰ１から構成される電流−電圧変換回路により電流値に比例した電圧の明るさ検出信号を出力する。

この明るさ検出信号は、例えば図３に示すように、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０の明るさに比例した電圧信号である。

図４は、照明装置１を所定の明るさで点灯するための点灯回路の概略構成を示す図である。図４において、点灯回路３０は、直流電源Ｅ１と、スイッチングトランジスタＱ１及びオペアンプＯＰ２から構成され、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０に供給する電流Ｉｌａを制御する電流制御回路と、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０を所定の明るさで点灯するための電流基準値を調整する電流基準値調整部３１を有する構成である。

次に、このように構成された本発明の実施の形態における照明装置１において、点灯回路３０の有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０を所定の明るさで点灯するための制御動作について説明する。図５は、点灯回路３０の制御動作を説明するためフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１において、電流基準値調整部３１から有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０が所定の明るさで発光する際の電流基準値を初期値としてオペアンプＯＰ２に出力し、スイッチングトランジスタＱ１によって電流Ｉｌａを制御し、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０を発光させる。

電流基準値の初期値は、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０の寿命を考慮して決定する。例えば、寿命に近くなったときの明るさが使用開始時に比べて３０％低下すると予想される場合、定格電流より３０％低い電流を基準値の初期値として設定する。これにより、使用時間が少ない間は、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０に供給する電流を３０％低減することができるとともに、経年変化によらず一定の明るさを維持することが可能となる。

一方、電流の基準値を設定するための有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０の明るさの基準値は、照明装置１が所定の明るさを得ることができる際の明るさ検出部２０から出力される明るさ検出信号のレベルとして、実測または計算によって決定される定数として与えてもよい。

ステップＳ１０２では、電流Ｉｌａによって発光する有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０の明るさを明るさ検出部２０によって検出し、明るさ検出信号を電流基準値調整部３１に出力する。

電流基準値調整部３１は、明るさ検出信号に基づいて、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０が所定の明るさで発光しているか否かを判定する（ステップＳ１０３）。

判定の結果、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０が所定の明るさより明るければ、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０に流す電流Ｉｌａの基準値を下げ（ステップＳ１０４）、所定の明るさより暗ければ、電流Ｉｌａの基準値を上げるように調整する（ステップＳ１０５）。

このようにして調整された電流Ｉｌａの基準値は、オペアンプＯＰ２に出力され（ステップＳ１０６）、スイッチングトランジスタＱ１によって有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０に供給する電流Ｉｌａが基準値と等しくなるように制御される（ステップＳ１０７）。

以降、照明装置１の点灯中、ステップＳ１０２〜Ｓ１０７の手順を繰り返す。これによって、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０が所定の明るさで発光する。

なお、以上の説明では、一つの明るさ検出部２０によって有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０の明るさを検出したが、明るさ検出部２０をガラス基板１１の端部側面に対向して複数設け、複数の明るさ検出信号の差異に応じて、電流基準値調整部３１における電流の基準値を調整するようにしてもよい。これにより、スイッチングトランジスタＱ１による有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０に供給する電流Ｉｌａを細かく制御することができ、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０の明るさを精度良く一定に維持することが可能となる。

また、複数の明るさ検出信号の差異が所定値以上になった場合に、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０の発光を停止、或いは点滅するようにスイッチングトランジスタＱ１を制御することもできる。これによって、使用者は有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０がその寿命になったと判断することができ、照明装置１のメンテナンスが容易となる。

さらに、複数の明るさ検出信号の差異が所定値以上になった場合に、外部に信号を出力するようにしてもよい。これにより、多数の照明装置を組み合わせて構成される照明システム等において、保守管理が容易となる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における照明装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

図６において、本実施の形態における照明装置２は、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール４０と、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール４０の明るさを検出する明るさ検出部２０を有する構成である。

有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール４０は、ガラス基板４１の形状が前述した有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール１０のガラス基板１１と異なり、他の構成は同じであるので重複する説明は省略する。

ガラス基板４１は、端部に凹部４１１が形成され、この凹部４１１に対向して明るさ検出部２０のフォトダイオードが配設される。

光Ｐ１の一部がガラス基板１１内部で反射して伝播する光Ｐ２は、図６（ａ）に示すように、凹部４１１の端面で反射してフォトダイオードに入射する。この凹部４１１の端面を粗面化し、乱反射を起すようにしてもよい。また、この凹部４１１の端面を鏡面加工し、反射面とするようにしてもよい。

これにより、フォトダイオードはより多くの光Ｐ２を集光することができ、明るさ検出部２０における明るさ検出信号のＳ／Ｎ比が向上する。

なお、凹部４１１の凹部４１１に、このガラス基板よりも高屈折率を有する高屈折率ガラスを埋設する構成としてもよい。これにより、ガラス基板１１の凹部４１１周辺の光Ｐ２は、高屈折率ガラスに進入して曲げられ、より多くの光Ｐ２をフォトダイオードに集光することができる。例えば、ガラス基板の一部をエッチングして凹部を形成し、この凹部に高屈折率材料を充填してもよい。また基板材料によっては、この凹部に一旦酸化シリコン膜を形成しこの内側に酸化シリコン膜よりも高屈折率薄膜である窒化シリコン膜を形成し、窒化シリコン膜内を光が伝搬するようにするなど、多層構造にすることも可能である。

また、ガラス基板１１の凹部４１１に屈折率分布型のロッドレンズアレイを埋設して、光Ｐ２をフォトダイオードに収束させることにより、更に多くの光Ｐ２を集光させることも可能である。

以上説明したように、このような本発明の実施の形態に係る有機エレクトロルミネッセンス照明装置によれば、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュールを構成するガラス基板の端部側面に対向してフォトダイオード等の光センサを配設し、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュールの明るさを検出して、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュールに印加する電流の基準値を調整することで、有機エレクトロルミネッセンス発光モジュールの電流を制御する。これにより、個体ばらつき及び経年変化によることなく、所定の明るさで点灯することができる。
なお、前記実施の形態では、有機エレクトロルミネッセンス照明装置について説明したが、光源としては有機エレクトロルミネッセンス素子を用いたものに限定されることなく、無機エレクトロルミネッセンス素子あるいはＬＥＤなど他の光源を用いた照明装置にも適用可能であることはいうまでもない。

本発明に係る照明装置は、個体ばらつき及び経年変化によることなく、所定の明るさで点灯することができる効果を有し、照明装置や表示装置等に有用である。

本発明の実施の形態１における照明装置の概略構成を示す図 （ａ）平面図 （ｂ）断面図 本発明の実施の形態１における明るさ検出部の概略構成を示す図 本発明の実施の形態１における照明装置の明るさと、明るさ検出信号の関係を示す図 本発明の実施の形態１における照明装置の点灯回路の概略構成を示す図 本発明の実施の形態１における照明装置の点灯回路の制御動作を説明するためフローチャート 本発明の実施の形態２における照明装置の概略構成を示す図 （ａ）平面図 （ｂ）断面図 従来の照明装置における点灯回路の概略構成を示す図 従来の照明装置における有機エレクトロルミネッセンス素子の電流Ｉｌａと明るさの関係を示す図

符号の説明

１、２ 照明装置
１０、４０ 有機エレクトロルミネッセンス発光モジュール
１１、４１ ガラス基板
１３ 有機エレクトロルミネッセンス発光層
２０ 明るさ検出部
３０ 点灯回路
３１ 電流基準値調整部
４１１ 端面凹部
ＰＤ フォトダイオード

Claims (6)

1. 発光モジュールに、点灯回路から電流を印加して発光させる照明装置であって、
   前記発光モジュールの端部側面に対向して配設された光センサを具え、
   前記点灯回路は、
   前記光センサによって検出した前記発光モジュールの明るさに基づいて、
   前記発光モジュールが所定の明るさになるように、前記電流を制御し、
   前記発光モジュールは、透光性基板上に、有機エレクトロルミネッセンス発光層を電極間に介挿して構成された有機エレクトロルミネッセンス発光モジュールであり、
   前記透光性基板の端部の長手方向の一部に形成された凹部に高屈折率部材が埋設された部位を設け、
   前記光センサを前記部位に直接対向するように配設する照明装置。
2. 請求項１に記載の照明装置であって、
   前記高屈折率部材が高屈折率ガラスである照明装置。
3. 請求項１又は２に記載の照明装置であって、
   複数の前記光センサを配設し、
   前記点灯回路は、
   複数の前記光センサによって検出した前記発光モジュールの明るさの差異に基づいて、
   前記発光モジュールに印加する電流を制御する照明装置。
4. 請求項３に記載の照明装置であって、
   前記点灯回路は、
   複数の前記光センサによって検出した前記発光モジュールの明るさの差異が所定値以上になった場合に、
   前記発光モジュールに印加する電流を停止するように制御する照明装置。
5. 請求項３に記載の照明装置であって、
   前記点灯回路は、
   複数の前記光センサによって検出した前記発光モジュールの明るさの差異が所定値以上になった場合に、
   前記発光モジュールが点滅するように、前記電流を制御する照明装置。
6. 請求項３乃至５のいずれかに記載の照明装置であって、
   前記点灯回路は、
   複数の前記発光モジュールに印加する電流の差異が所定値以上になった場合に、
   外部へ信号を出力する照明装置。

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