JP5314380B2 - 照明光通信システム用の送信装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明光を利用してデータを伝送する照明光通信システムおよびこの照明光通信用システムに好適に適用可能な送信装置に関する。

高速通信技術の進展とともに、光を伝送媒体として用いた屋内無線通信技術が利用されるようになってきた。特に、伝送媒体として赤外線を用いたＬＡＮ（Local Area Network）が、オフィスや家庭に普及してきている。

しかしながら、赤外線を用いた無線データ通信では、送信装置と受信装置との間に存在する遮蔽物によって通信に支障が生じるという問題がある。また、信号電力が小さいため、データ通信、すなわち信号の送受信が不安定になり易いという問題がある。

前述した無線データ通信にかかる問題を解決する通信方式として、照明用光源からの光をデータの伝送媒体に用いた通信方式（照明光通信）が考えられている。照明光の光源としては、化合物半導体系の白色発光ダイオード（以下、白色ＬＥＤ（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）という場合がある）が用いられている。白色ＬＥＤを用いた照明は、蛍光灯といった従来の照明と比較して、長寿命、小型、低消費電力といった優れた特長を有している。非特許文献１および特許文献１には、このような白色ＬＥＤの特長に着目した照明光通信システムが開示されている。

「可視光通信に適した変調方式の実験的検討」（信学技報IEICE Technical Report OCS2005-19(2005-5)第４３〜４８頁 社団法人 電子情報通信学会） 特開２００３−３１８８３６号公報

しかしながら、上記従来の白色ＬＥＤを用いた照明光通信技術では、大容量のデータの高速での伝送に限界がある。白色ＬＥＤの応答速度が、例えば半導体レーザと比較して低いためである。また、従来、照明に利用される白色ＬＥＤとしては、蛍光体を使用するタイプが主に用いられているが、蛍光体を使用するタイプは、蛍光体不使用の白色ＬＥＤと比較すると応答速度が低くなってしまう。
また、本出願人は照明用光源に有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という場合がある）を用いた照明光通信システムを考案し、さらに検討を加えたところ、従来の有機ＥＬ素子は応答速度には優れるものの、発光効率が低く、印加される電圧の変化に対して出射光の色味が変動する、すなわち明るさに応じて色味が変動するため、照明用の光源としても使用される照明光通信システムの光源には不向きであることを見出した。

そこで、本発明の目的は、照明としての性能が高く、かつ通信速度が速い新規な照明光通信システムおよびこの照明光通信用システムに好適に適用可能な送信装置を提供することにある。

前述した課題を解決するために、本発明では、下記の構成を採用した。
〔１〕 送信データに基づいて変調された変調光を出射する照明用光源を備える送信装置であって、前記照明用光源は、陽極と、陰極と、前記陽極および前記陰極間に配置され、互いに異なるピーク波長で発光する複数の発光層とを含んで構成される有機エレクトロルミネッセンス素子を備え、該有機エレクトロルミネッセンス素子が、前記ピーク波長が長い前記発光層ほど前記陽極寄りに配置されてなる、照明光通信システム用の送信装置。

〔２〕 前記有機エレクトロルミネッセンス素子が、赤色の光を発光する発光層と、緑色の光を発光する発光層と、青色の光を発光する発光層とを含む〔１〕に記載の前記送信装置。

〔３〕 前記照明用光源は、それぞれの発光面積が１０^−８ｃｍ^２から１０^−１ｃｍ^２である複数の有機エレクトロルミネッセンス素子を備える、〔１〕または〔２〕に記載の前記送信装置。

〔４〕 前記照明用光源が、前記変調光を出射する通信用の有機エレクトロルミネッセンス素子と、非変調光を出射する照明用の有機エレクトロルミネッセンス素子とを備える、〔１〕から〔３〕のいずれかに記載の前記送信装置。

〔５〕 前記通信用の有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層が、蛍光を発光する発光材料を用いて形成され、かつ前記照明用の有機エレクトロルミネッセンス素子の前記発光層が、リン光を発光する発光材料を用いて形成されてなる〔４〕に記載の前記送信装置。

〔６〕 前記発光層が、エネルギーを加えることによって架橋する成分を含有する材料で形成されてなる〔１〕から〔５〕のいずれかに記載の送信装置。

〔７〕 前記陽極と前記陰極との間に印加する電圧レベルを変化させたときの前記有機エレクトロルミネッセンス素子の出射光の色度座標における座標値ｘおよび座標値ｙそれぞれの変化の幅が、最大でも０．０５である〔１〕から〔６〕のいずれかに記載の前記送信装置。

〔８〕 前記有機エレクトロルミネッセンス素子に接続され、該有機エレクトロルミネッセンス素子の動作を制御する制御回路をさらに備える〔１〕から〔７〕のいずれかに記載の前記送信装置。

〔９〕 複数の有機エレクトロルミネッセンス素子を１つの構成単位とする素子群にグループ分けされた有機エレクトロルミネッセンス素子それぞれを、素子群ごとに駆動する駆動回路をさらに備える〔１〕から〔８〕のいずれかに記載の前記送信装置。

〔１０〕 変調光を出射する照明用光源を備える前記〔１〕から〔９〕の前記送信装置と、前記照明用光源から出射された前記変調光を受光して電気信号に変換し、当該電気信号を復調して受信データを生成する受信装置とを具備する照明光通信システム。

本発明の照明光通信システム用の送信装置においては、照明用光源として、高速応答性を特長とする有機ＥＬ素子を用いる。特に発光する光のピーク波長が長い発光層ほど、陽極寄りに配置した複数層の発光層を備える有機ＥＬ素子を用いることにより、電極に印加する電圧の変化に対して、色味の変化が少なく、かつ発光効率の高い光源を実現することができるので、照明としての性能が高く、かつ従来の白色ＬＥＤを用いる場合と比較して、大容量のデータをより高速に伝送することが可能な送信装置を実現することができる。さらにこのような送信装置と受信装置とを備える照明光通信システムにより、高速通信が可能となる。

以下、図を参照して、本発明の実施形態につき説明する。なお、各図は、発明が理解できる程度に、構成要素の形状、大きさおよび配置が概略的に示されているに過ぎない。本発明は以下の記述によって限定されるものではなく、各構成要素は本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。なお、以下の説明に用いる各図において、同様の構成要素については同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する場合がある。また、有機ＥＬ素子を備える装置においては電極のリード線等の部材も存在するが、本発明の説明にあっては直接的に要しないため記載を省略している。層構造等の説明の便宜上、下記に示す例においては基板を下に配置した図と共に説明がなされるが、本発明の有機ＥＬ素子およびこれを搭載した有機ＥＬ装置は、必ずしもこの配置で、製造または使用等がなされるわけではない。なお以下の説明において基板の厚み方向の一方を上または上方といい、厚み方向の他方を下または下方という場合がある。

〈照明光通信システムの構成例（１）〉
図１を参照して、本発明の照明光通信システムの構成例につき説明する。図１は、照明通信システムの構成を概略的に説明するブロック図である。

図１に示すように、照明通信システム１０は、送信装置２０と受信装置３０とを備えている。送信装置２０は、照明用光源２２を備えている。照明用光源２２は、送信されるべき送信データに基づいて変調された変調光を出射する。変調光とは、点滅制御された光または光量制御された光をいい、変調方式としては、アナログ変調方式（ＡＭ、ＦＭなど）、デジタル変調方式、パルス変調方式、およびスペクトラム拡散方式などが用いられる。

送信装置２０は、有機ＥＬ素子２６を備え、また該有機ＥＬ素子２６に接続され、かつ当該有機ＥＬ素子２６の動作を制御する制御回路２８をさらに備える。以下有機ＥＬ素子２６と制御回路２８とを含む構成を発光ユニット２４という。図示例は、照明用光源２２が、１つの発光ユニット２４からなる例である。制御回路２８と有機ＥＬ素子２６とは電気的に接続されている。

有機ＥＬ素子２６は、照明光のみ、または照明光および信号光の双方を生成して出射する。有機ＥＬ素子２６および制御回路２８の具体的な構成については後述する。

受信装置３０は、受光部３２と復調部３４とを備える。受信装置３０は、照明用光源２２から出射された変調光を受光して、受信データを生成する。

受光部３２は、図示しない光電変換装置を内蔵しており、受光した変調光を電気信号に変換する。復調部３４は、受光部３２によって光電変換された電気信号から、元のデータ(送信データ）を復調して受信データを生成する。

送信装置２０がデータを送信する場合には、送信すべきデータ、すなわち送信データが制御回路２８に供給される。送信データの供給を受けた制御回路２８は、供給されたデータに基づいて有機ＥＬ素子２６の動作を制御する。

こうして、送信データに対応して変調された変調光が有機ＥＬ素子２６、すなわち発光ユニット２４から出射される。前述したように有機ＥＬ素子２６は、高速応答性を有するので、高速に点滅させたり、高速に光量を変化させたりしても、視覚的には感知されず、ほぼ一定の光量で光っているように見える。したがって、有機ＥＬ素子２６から出射された変調光は、人に違和感を与えることなく、そのまま照明光としても利用することができる。

〈照明光通信システムの構成例（２）〉
図２および図３を参照して、本発明の照明光通信システムの他の構成例につき説明する。

１Ｇbps程度以上の大容量の伝送を行なうためには、送信装置２０において多数の発光ユニット２４を二次元的に配列し、これらを互いに並列的に動作させればよい。このような並列システムを従来のＬＥＤを用いて実現するためには、多数のＬＥＤを二次元的に配列し、分割器との配線接続を行なう必要があり、システムとして大型にならざるを得なかった。

白色ＬＥＤに代えて有機ＥＬ素子を用いると、完成した個々の発光ユニット２４を配線ボード上に後付けして配列するのではなく、例えば制御回路２８が形成されたＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板上に複数の有機ＥＬ素子２６を直接的に作りこむことができ、発光ユニット２４を二次元的に配置した集積デバイスとして基板上に最初から製造できるので、分割器などの他の素子を加えても非常にコンパクトな送信装置２０を実現できる。

図２および図３は、本発明の照明通信システムの構成例を概略的に説明するブロック図である。

図２に示すように、この照明光通信システム１０は、図１を参照して既に説明した構成を基本として、有機ＥＬ素子２６および制御回路２８からなる発光ユニット２４並びに受光部３２の組を複数組備えている。送信装置２０の照明用光源２２において、複数の発光ユニット２４は、二次元的に配置されている。また、制御回路２８は、直列／並列変換回路２９をさらに含み、受信装置３０は、レンズ３６と並列／直列変換回路３８とをさらに含んでいる。

なお、図示例の送信装置２０および受信装置３０において、直列／並列変換回路２９を制御回路２８に組み込む構成としたが、直列／並列変換回路２９を、制御回路２８の外部に設ける構成とすることもできる。この場合、直列／並列変換回路２９から生成されるパラレル信号に基づいて、制御回路２８が各有機ＥＬ素子２６を制御してもよい。

送信装置２０の直列／並列変換回路２９は、送信データであるシリアルデータを複数のパラレルデータに分割し、分割されたパラレルデータを個々の有機ＥＬ素子２６にそれぞれに供給する。この送信装置２０の直列／並列変換回路２９の動作を含めた制御回路２８の制御によって、各有機ＥＬ素子２６は、各々に与えられるパラレルデータに応じて、変調された変調光を出射する。出射された変調光は、レンズ３６によって空間的に分離され、対応する各受光部３２の光電変換装置において光電変換され、さらに変換された電子信号は図示しないＡ／Ｄコンバータによってデジタル化され、受信装置３０の並列／直列変換回路３８によってシリアルデータに変換される。復調部３４は、このシリアルデータを復調することにより受信データを生成して出力する。

このように、複数の有機ＥＬ素子２６を並列的に駆動することによって、大容量のデータを高速で伝送することができる。

図２に示した送信装置２０において、有機ＥＬ素子２６の制御(変調制御を含む）は、外部駆動回路としてのドライバＩＣを用いて行ってもよい。図２に示した送信装置２０においては、複数の有機ＥＬ素子２６を単一の制御回路２８で動作制御している。

図３に示すように、複数の有機ＥＬ素子２６それぞれを個別に制御する複数の制御回路２８それぞれに対応させて接続する構成とすることもできる。この場合には、照明用光源２２は、１つの有機ＥＬ素子２６および１つの制御回路２８を１組として一体的に形成した発光ユニット２４を複数組備える。なお、複数の有機ＥＬ素子２６を１つの構成単位とする素子群に、各有機ＥＬ素子２６をグループ分けしたときに、同じ素子群に含まれる複数の有機ＥＬ素子２６と該有機ＥＬ素子２６に接続される制御回路２８とからなる発光ユニット２４群を、サブ光源２３という場合がある。後述するように、サブ光源２３ごとに発光を制御することにより、各有機ＥＬ素子２６を素子群ごとに駆動することができる。このように１つの素子群に含まれる複数の有機ＥＬ素子２６を単位として駆動することにより、素子群単位としての光強度（信号強度）が大きくなるので、例えばノイズの多い環境で使用する場合や各有機ＥＬ素子２６の光量が少ない場合であっても、正確に信号を伝送することができ、エラービットレートの小さい照明用光通信システムを実現することができる。

有機ＥＬ素子２６と一体的に作り込まれる制御回路２８の構成要素の一例としていわゆる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を用いることができる。薄膜トランジスタとしては、ポリシリコントランジスタ、アモルファスシリコントランジスタ、有機半導体材料を用いた有機トランジスタ等が知られている。こうした薄膜トランジスタから構成される制御回路２８と有機ＥＬ素子２６とを一体的に形成することで、送信装置２０の一層の小型化が可能になる。

次に、図４を参照して、前述した照明光通信システム１０の送信装置２０の構成例として、いわゆるアクティブマトリクス型として構成された照明用光源２２について説明する。

アクティブマトリクス型とは、有機ＥＬ素子２６および制御回路２８を一体的に構成した発光ユニット２４をマトリクス状に配列し、複数の有機ＥＬ素子２６それぞれの駆動制御を有機ＥＬ素子２６の近傍にそれぞれ作り込まれた制御回路２８によって行うタイプをいう。

有機ＥＬ素子２６を用いてアクティブマトリクス型の照明用光源２２を構成した場合には、有機ＥＬ素子の駆動方法は、電流プログラム方式および電圧プログラム方式の二種類に大別される。「電流プログラム方式」とは、データ線に対するデータの供給を電流レベルで行う方式をいい、「電圧プログラム方式」とは、データ線に対するデータの供給を電圧レベルで行う方法をいう。

図４は、本発明のアクティブマトリクス型の照明用光源を用いた照明光通信システムの概略的な説明図である。

送信装置２０が備える照明用光源２２は、前述したように例えばＴＦＴを構成要素とする制御回路２８により有機ＥＬ素子２６を駆動する、いわゆるアクティブマトリクス型の装置である。

この照明用光源２２には、ｍ×ｎ（記号「ｍ」、「ｎ」はそれぞれ自然数を表す）個の発光ユニット２４が平面上においてｍ行ｎ列のマトリクス状に配列される。すなわち格子縞の交点上に各発光ユニット２４がそれぞれ配置される。

照明用光源２２は、それぞれが図４において行方向に延在するとともに、互いに列方向に間隔をあけて配置されるｎ本の走査線Ｙからなる走査線群Ｙ1〜Ｙnを有する。

また、照明用光源２２は、列方向に延在するとともに、互いに行方向に間隔をあけて配置されるｍ本のデータ線Ｘからなるデータ線群Ｘ1〜Ｘｍを有する。走査線群Ｙ1〜Ｙnとデータ線群Ｘ1〜Ｘｍとは、基板の厚み方向の一方から見て、格子縞を形成している。

走査線Ｙおよびデータ線Ｘを基板の厚み方向の一方から見たときの複数の交点にマトリクス状に設定される複数の画素領域５１それぞれに１つの発光ユニット２４が配置されている。換言すると、複数の発光ユニット２４が、画素領域５１ごとにマトリクス状に配置されている。

図４においては、それぞれの有機ＥＬ素子２６に対して所定の電圧Ｖｄｄ，Ｖｓｓを供給する電源線等が省略されている。

図５および図６を参照して、発光ユニット２４が備える制御回路２８の好適な構成例につき説明する。

図５は電流プログラム方式における発光ユニット２４が備える制御回路２８を示す回路図である。図６は電圧プログラム方式における発光ユニット２４が備える制御回路２８を示す回路図である。

図５および図６に示すように、発光ユニット２４は、有機ＥＬ素子２６およびこの有機ＥＬ素子２６を除く回路部分である制御回路２８を備えている。

〈電流プログラム方式〉
図５に示すように、制御回路２８は、４つのトランジスタＴ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４、送信データを保持するデータ保持手段であるキャパシタＣ、電源電圧（供給手段）Ｖｄｄ、基準電圧（供給手段）Ｖｓｓ並びにこれらを互いに接続する信号線を含んでいる。

図５では、トランジスタＴ１、Ｔ２、およびＴ４をｎチャネル型トランジスタとし、トランジスタＴ３をｐチャネル型トランジスタとした例を示してある。

トランジスタＴ１のゲート電極は、走査信号ＳＥＬが供給される所定の１本の走査線Ｙに電気的に接続されている。トランジスタＴ１のソース電極は、データ電流Ｉdataが供給される所定の１本のデータ線Ｘに電気的に接続されている。トランジスタＴ１のドレイン電極は、トランジスタＴ２のソース電極に電気的に接続されている。

トランジスタＴ１のドレイン電極およびトランジスタＴ２のソース電極は、プログラミングトランジスタであるトランジスタＴ３のドレイン電極およびトランジスタＴ４のドレイン電極に電気的に共通接続されている。

トランジスタＴ２のゲート電極は、トランジスタＴ１のゲート電極と同じく、走査信号ＳＥＬが供給される走査線Ｙに電気的に共通接続されている。トランジスタＴ２のドレイン電極は、キャパシタＣの一方の電極と、トランジスタＴ３のゲート電極とに電気的に共通接続されている。

キャパシタＣの他方の電極には電源電圧Ｖｄｄが印加される。また、トランジスタＴ３のソース電極には、電源電圧Ｖｄｄが印加される。キャパシタＣの他方の電極とトランジスタＴ３のソース電極とには、電源電圧Ｖｄｄが印加されている。

トランジスタＴ４のゲート電極には駆動信号ＧＰが入力される。トランジスタＴ４のドレイン電極には有機ＥＬ素子２６のアノード（陽極）が電気的に接続されている。また、有機ＥＬ素子２６のカソード（陰極）には、電源電圧Ｖｄｄよりも低電圧である基準電圧Ｖｓｓが電気的に接続されている。

〈電圧プログラム方式〉
電圧プログラム方式についても、送信装置の全体的な構成については既に説明した通りである。しかしながら、この場合には、データ電圧（信号）Ｖdataをデータ線Ｘにそのまま出力するため、データ線Ｘに電気的に接続されているデータ線駆動回路４４（図４）の可変電流源が不要になる。ここでは、いわゆるＣＣ（Conductance Control）法と称される構成例につき説明する。

図６に示すように、発光ユニット２４は、有機ＥＬ素子２６、トランジスタＴ１、Ｔ４およびＴ５、データ保持手段であるキャパシタＣ、電源電圧（供給手段）Ｖｄｄ、基準電圧（供給手段）Ｖｓｓ並びにこれらを互いに接続する信号線を含んでいる。図６にはトランジスタＴ１、Ｔ４およびＴ５を、すべてｎチャネル型とした例を示してある。

いわゆるスイッチングトランジスタであるトランジスタＴ１のゲート電極は、走査信号ＳＥＬを供給する所定の走査線Ｙに電気的に接続されている。トランジスタＴ１のドレイン電極は、データ電圧（信号）Ｖdataを供給する所定のデータ線Ｘに電気的に接続されている。トランジスタＴ１のソース電極は、データ保持手段であるキャパシタＣの一方の電極に電気的に接続されている。

トランジスタＴ１のソース電極とキャパシタＣの一方の電極とは、いわゆる駆動トランジスタであるトランジスタＴ４のゲート電極に、電気的に共通接続されている。

キャパシタＣの他方の電極には基準電位Ｖｓｓが印加されている。また、トランジスタＴ４のドレイン電極には電源電圧Ｖｄｄが印加されている。トランジスタＴ４のソース電極は、いわゆる制御トランジスタであるトランジスタＴ５のドレイン電極に電気的に接続されている。

トランジスタＴ５には、駆動信号ＧＰが入力される。トランジスタＴ５は、駆動信号ＧＰによって導通制御される。トランジスタＴ５のソース電極は、有機ＥＬ素子２６のアノードに電気的に接続されている。この有機ＥＬ素子２６のカソードには、基準電圧Ｖｓｓが印加されている。

前述した構成例では、データを保持する回路要素、すなわちデータ保持手段の好適例として、キャパシタを用いる例を説明したが、キャパシタの代わりに、多ビットのデータを記憶可能なメモリ装置（ＳＲＡＭ等）を用いることもできる。

図７を参照して、図５および図６を参照して説明した発光ユニット２４の動作につき説明する。図７は、発光ユニット２４の動作タイミングチャートである。

ここで、走査線駆動回路４２（図４）による走査線Ｙ1から走査線Ｙnの線順次走査によって、所定の発光ユニット２４の選択が開始されるタイミングをｔ0とする。また、発光ユニット２４の選択が次に開始されるタイミングをｔ2とする。期間ｔ0〜ｔ2は、前半のプログラミング期間ｔ0〜ｔ1と、後半の駆動期間ｔ1〜ｔ2とに分けられる。

〈電流プログラム方式（図５に示した回路構成）における動作〉
前半のプログラミング期間ｔ0〜ｔ1では、キャパシタＣに対する送信データの書き込みが行われる。まず、タイミングｔ0において、走査信号ＳＥＬが走査線Ｙに入力される。これにより、走査線Ｙが高レベル（以下、Ｈレベルという場合がある）に立ち上がる。スイッチング素子として機能するトランジスタＴ１およびＴ２が共にオン（導通）する。すると、データ線ＸとトランジスタＴ３のドレイン電極とが電気的に接続される。これにより、トランジスタＴ３は、自己のゲート電極と自己のドレイン電極とが電気的に接続されたダイオード接続となる。

トランジスタＴ３は、データ線Ｘより供給されたデータ電流Ｉdataを自己のチャネルに流す。これにより、データ電流Ｉdataに応じた電圧がゲート電圧Ｖgとして発生する。トランジスタＴ３のゲート電極に接続されたキャパシタＣには、発生したゲート電圧Ｖgに応じた電荷が蓄積される。これにより、キャパシタＣには、蓄積された電荷量に相当するデータ（送信データ）が書き込まれる。

プログラミング期間ｔ0〜ｔ1において、トランジスタＴ３は、自己のチャネルを流れるデータ信号に基づいて、キャパシタＣに対するデータの書き込みを行うプログラミングトランジスタとして機能する。また、この期間中、駆動信号ＧＰが低レベル（以下、Ｌレベルという場合がある）に維持されているため、トランジスタＴ４はオフ（非導通）のままである。したがって、有機ＥＬ素子２６に対する駆動電流の経路はトランジスタＴ４により遮断される。よって、有機ＥＬ素子２６は発光しない。

続く駆動期間ｔ1〜ｔ2では、駆動電流が有機ＥＬ素子２６を流れ、有機ＥＬ素子２６の輝度の設定が行われる。まず、タイミングｔ1において、走査信号ＳＥＬがＬレベルに立ち下がり、トランジスタＴ１およびＴ２がいずれもオフする。これにより、データ電流Ｉdataが供給されるデータ線ＸとトランジスタＴ３のドレイン電極とが電気的に分離され、トランジスタＴ３のゲート電極とドレイン電極との間も電気的に分離される。
トランジスタＴ３のゲート電極には、キャパシタＣの蓄積電荷に応じたゲート電圧Ｖgが印加され続ける。タイミングｔ1における走査信号ＳＥＬの立ち下がりと同期（同一タイミングであるとは限らない）して、それ以前はＬレベルだった駆動信号ＧＰがＨレベルに立ち上がる。

これにより、電源電圧Ｖｄｄから基準電圧Ｖｓｓに向かって、トランジスタＴ３およびＴ４と有機ＥＬ素子２６とに連なる駆動電流の経路が形成される。有機ＥＬ素子２６を流れる駆動電流は、トランジスタＴ３のチャネル電流に相当し、その電流レベルは、キャパシタＣの蓄積電荷に基づくゲート電圧Ｖgによって制御される。

駆動期間ｔ1〜ｔ2において、トランジスタＴ３は、有機ＥＬ素子２６に駆動電流を供給する駆動トランジスタとして機能する。結果として、有機ＥＬ素子２６は、この駆動電流に応じて、換言すれば、キャパシタＣに保持されたデータに応じて変調された発光強度で発光する。

〈電圧プログラム方式（図６に示した回路構成）における動作〉
まず、タイミングｔ0において、所定の走査線Ｙに、走査線信号ＳＥＬが入力される。すると、走査線Ｙは、Ｈレベルに立ち上がり、トランジスタＴ１がオンする。よって、データ線Ｘに供給されたデータ電圧Ｖdataが、トランジスタＴ１を介して、キャパシタＣの一方の電極に印加される。

これにより、データ電圧Ｖdata相当の電荷がキャパシタＣに蓄積される（送信データが書き込まれる。）。なお、タイミングｔ0からタイミングｔ1までの期間において、駆動信号ＧＰはＬレベルに維持される。よって、制御トランジスタＴ５はオフのままである。したがって、有機ＥＬ素子２６に対する駆動電流の電流経路が遮断されるため、前半の期間ｔ0〜ｔ1において、有機ＥＬ素子２６は発光しない。

前半の期間ｔ0〜ｔ1に続く後半の期間ｔ1〜ｔ2では、キャパシタＣに蓄積された電荷に応じた駆動電流が有機ＥＬ素子２６を流れる。これにより、有機ＥＬ素子２６が発光する。タイミングｔ1では、走査信号ＳＥＬがＬレベルに立ち下がる。

これにより、トランジスタＴ１がオフする。よって、キャパシタＣの一方の電極に対するデータ電圧Ｖdataの印加が停止するが、キャパシタＣの蓄積電荷によって、トランジスタＴ４のゲート電極にはゲート電圧Ｖg相当が印加される。タイミングｔ1における走査信号ＳＥＬの立ち下がりと同期して、それ以前はＬレベルだった駆動信号ＧＰは、Ｈレベルに立ち上がる。

これにより、発光ユニット２４の選択が開始されるタイミングｔ2に至るまでＨレベルが維持される。よって、駆動電流の電流経路が形成される。これにより、有機ＥＬ素子２６は、キャパシタＣに保持されたデータに応じて変調された発光強度で発光する。

図４を参照して既に説明したように、照明用光源２２を駆動するための駆動回路は、走査線駆動回路４２とデータ線駆動回路４４とによって構成されており、両者は、図示しない上位装置による同期制御下、互いに協働して動作する。

走査線駆動回路４２は、シフトレジスタ、出力回路等を主体に構成されており、走査線Ｙ1〜Ｙnに走査信号ＳＥＬを出力することによって、走査線Ｙ1〜Ｙnを所定の選択順序で順番に選択する線順次走査を行う。走査信号ＳＥＬは、ＨレベルまたはＬレベルの２値的な信号レベルをとり、データの書込対象となる行（走査線Ｙの１ラインに接続される複数の発光ユニット２４）に対応する走査線ＹはＨレベルとされ、これ以外の走査線ＹそれぞれはＬレベルとされる。

そして、１垂直走査期間（１Ｆ）において、所定の選択順序で、それぞれの行が順番に選択されていく。なお、走査線駆動回路４２は、走査信号ＳＥＬ以外に、トランジスタを導通制御する駆動信号ＧＰ（またはそのベース信号）も出力する。この駆動信号ＧＰによって、駆動期間、すなわち、発光ユニット２４に含まれる有機ＥＬ素子２６の輝度設定を行う期間が設定される。

データ線駆動回路４４は、走査線駆動回路４２による線順次走査と同期して、データ線Ｘ1〜Ｘｍそれぞれに対するデータ信号の供給を電流ベースで行う。前述した電流プログラム方式の場合には、データ線駆動回路４４は、発光ユニット２４より出射される変調光の変調度合いを規定するデータ（データ電圧Ｖdata）をデータ電流Ｉdataへと変換する可変電流源を含む。データ線駆動回路４４は、１水平走査期間（１Ｈ）において、今回データを書き込む行に対するデータ電流Ｉdataの一斉出力と、次の水平走査期間で書き込みを行う行に関するデータの点順次的なラッチとを同時に行う。

ある水平走査期間において、データ線Ｘの本数に相当するｍ個のデータが順次ラッチされる。そして、次の水平走査期間において、ラッチされたｍ個のデータは、データ電流Ｉdataに変換された上で、それぞれのデータ線Ｘ1〜Ｘｍに対して一斉に出力される。

図８を参照して、サブ光源２３の構成につき説明する。図８は、サブ光源の構成例を説明する照明光通信システムの概略的な説明図である。

送信装置２０のサブ光源２３は、照明用光源２２に含まれる複数の発光ユニット２４が複数のグループに区分けされることにより規定される。図示例では、複数の発光ユニット２４が４つに区分けされて、第１サブ光源２３Ａ、第２サブ光源２３Ｂ、第３サブ光源２３Ｃおよび第４サブ光源２３Ｄ（以下、それぞれサブ光源Ａ、サブ光源Ｂ、サブ光源Ｃおよびサブ光源Ｄという場合がある）とされている。なお、ｉおよびｊは１以上の任意の正数であり、かつｍおよびｎは２以上の任意の正数である。第１サブ光源２３Ａ、第２サブ光源２３Ｂ、第３サブ光源２３Ｃおよび第４サブ光源２４Ｄに含まれる発光ユニット２４の数は、互いに同一であっても、互いに異なっていてもよい。また、サブ光源２３同士の発光ユニット２４の数が同数である場合において、発光ユニット２４の配置形態は、サブ光源２３単位で同一であっても、異なっていてもよい。また離散的に離れて配置されている発光ユニット２４を同一の発光ユニット２４に属する発光ユニット２４とするグループ分けをしてもよく、このようなグループ分けを行うことにより、たとえサブ光源２３単位で明滅などしたとしても、局所的な光量の低下を抑制することができ、照明としての性能の低下を抑えることができる。

第１サブ光源２３Ａ、第２サブ光源２３Ｂ、第３サブ光源２３Ｃおよび第４サブ光源２４Ｄに含まれる発光ユニット２４の数を、ここではｉ＝ｊ＝４かつｍ＝ｎ＝８、すなわち互いに同数である１６とした例を説明する。第１サブ光源２３Ａ、第２サブ光源２３Ｂ、第３サブ光源２３Ｃおよび第４サブ光源２３Ｄそれぞれが含む発光ユニット２４は、この例では４×４のマトリクス状に配置されている。

第１サブ光源２３Ａおよび第２サブ光源２３Ｂの発光ユニット２４は、走査線Ｙ１〜Ｙｊ（Ｙ４）（走査線群Ｙabという場合がある）に電気的に接続される。また、第３サブ光源２３Ｃおよび第４サブ光源２３Ｄの発光ユニット２４は、走査線Ｙｊ+１〜Ｙｎ（Ｙ５〜Ｙ８）（走査線群Ｙcdという場合がある）に電気的に接続される。

また、第１サブ光源２３Ａおよび第３サブ光源２３Ｃの発光ユニット２４は、データ線Ｘ１〜Ｘｉ（Ｘ４）（データ線群Ｘacという場合がある）に電気的に接続される。また、第２サブ光源２３Ｂおよび第４サブ光源２３Ｄの発光ユニット２４は、データ線Ｘｉ+１〜Ｘｍ（Ｘ５〜Ｘ８）（データ線群Ｘbdという場合がある）に電気的に接続される。

次に、図４、図８および図９を参照して、複数のサブ光源にグループ分けされた照明用光源を備える照明光通信システムの動作につき説明する。

走査線駆動回路４２およびデータ線駆動回路４４（図４）は、照明用光源２２に設定された第１サブ光源２３Ａ、第２サブ光源２３Ｂ、第３サブ光源２３Ｃおよび第４サブ光源２３Ｄにおいて、各サブ光源２３単位で、複数のサブ光源２３を独立的に駆動する。

同一のサブ光源２３に属する複数の発光ユニット２４は、本実施形態では、すべて同一の発光状態になるように制御される。異なるサブ光源２３同士については互いに独立的に制御され得る。よって、この場合には、照明用光源２２に、４つの独立した伝送チャネルが形成されることになる。

走査線Ｙ1〜Ｙj、すなわち走査線群Ｙabが選択されている状態でデータ線Ｘ1〜Ｘi、すなわちデータ線群Ｘacに供給されたデータ（すべて同一の電流レベルである）は、第１サブ光源２３Ａの各発光ユニット２４に共通して供給される。

これによって、第１サブ光源２３Ａの発光状態が制御される。また、この状態でデータ線Ｘｉ+１〜Ｘｍ、すなわちデータ線群Ｘbdに供給されたデータは、第２サブ光源２３Ｂの各発光ユニット２４に共通に供給される。これによって、第２サブ光源２３Ｂの発光状態が制御される。

走査線Ｙｊ+１〜Ｙｎ、すなわち走査線群Ｙcdが選択されている状態でデータ線Ｘ1〜Ｘi、すなわちデータ線群Ｘacに供給されたデータは、第３サブ光源２３Ｃの各発光ユニット２４に共通に供給される。

これによって、第３サブ光源２３Ｃの発光状態が制御される。また、この状態でデータ線Ｘｉ+１〜Ｘｍ、すなわちデータ線群Ｘbdに供給されたデータは、第４サブ光源２３Ｄの各発光ユニット２４に共通に供給される。これによって、第４サブ光源２３Ｄの発光状態が制御される。

図９は、照明光通信システムの動作を説明するタイミングチャートである。

図８に示す構成において、最上段に配置されている走査線Ｙ１から最下段に配置されている走査線Ｙｎに向かって、ｎ本の走査線Ｙが順次選択されていくものとする。

この場合には、照明用光源２２全体に対して、送信データのデータ書き込みを行うのに要する１フレーム期間ｔ0〜ｔ2は、前半の第１サブ光源２３Ａおよび第２サブ光源２３Ｂの選択期間ｔ0〜ｔ1と、後半の第３サブ光源２３Ｃおよび第４サブ光源２３Ｄの選択期間ｔ1〜ｔ2とに分けられる。

第１サブ光源２３Ａおよび第２サブ光源２３Ｂの選択期間ｔ0〜ｔ1は、走査線群Ｙabに属する走査線Ｙ1の選択が開始されてから走査線Ｙjの選択が終了するまでの期間に相当する。

この期間ｔ0〜ｔ1において、データ線群Ｘacには第１サブ光源２３Ａ用の送信データＤaが共通して供給され、この送信データＤaに応じたレベルにデータ線群Ｘacが維持される。

データ線群Ｘacには、第１サブ光源２３Ａのみならず第３サブ光源２３Ｃも接続されているが、走査線群Ｙcdが非選択のため、第３サブ光源２３Ｃは電気的に分離されている。したがって、データ線群Ｘacに供給された送信データＤaは、第１サブ光源２３Ａにのみ供給され、これに応じた書き込みが第１サブ光源２３Ａにおいて行われる。

また、この期間ｔ0〜ｔ1において、データ線群Ｘbdには第２サブ光源２３Ｂ用の送信データＤbが共通して供給され、この送信データＤbに応じたレベルにデータ線群Ｘbdが維持される。

データ線群Ｘbdには、第２サブ光源２３Ｂのみならず第４サブ光源２３Ｄも接続されているが、走査線群Ｙcdが非選択のため、第４サブ光源２３Ｄは電気的に分離されている。したがって、データ線群Ｘbdに供給された送信データＤbは、第２サブ光源２３Ｂにのみ供給され、これに応じた書き込みが第２サブ光源２３Ｂにおいて行われる。

第３サブ光源２３Ｃおよび第４サブ光源２３Ｄの選択期間ｔ1〜ｔ2は、走査線群Ｙcdに属する走査線Ｙj+1の選択が開始されてから走査線Ｙnの選択が終了するまでの期間に相当する。この期間ｔ1〜ｔ2において、データ線群Ｘacには第３サブ光源２３Ｃ用の送信データＤcが共通して供給され、この送信データＤcに応じたレベルにデータ線群Ｘacが維持される。

ここで、データ線群Ｘacに接続された第１サブ光源２３Ａは、走査線群Ｙabが非選択のため電気的に分離されている。したがって、データ線群Ｘacに供給された送信データＤcは、第３サブ光源２３Ｃにのみ供給され、これに応じた書き込みが第３サブ光源２３Ｃにおいて行われる。

また、期間ｔ1〜ｔ2において、データ線群Ｘbdには第４サブ光源２３Ｄ用の送信データＤｄが共通して供給され、この送信データＤｄに応じたレベルにデータ線群Ｘbdが維持される。このとき、データ線群Ｘbdに接続された第２サブ光源２３Ｂは、走査線群Ｙabが非選択のため電気的に分離されている。したがって、データ線群Ｘbdに供給された送信データＤｄは、第４サブ光源２３Ｄにのみ供給され、これに応じた書き込みが第４サブ光源２３Ｄにおいて行われる。

なお、図９においては、同一のサブ光源２３に対応する走査線群を順次走査するケースを例示したが、駆動回路の駆動能力を十分に確保できることを条件として、サブ光源２３ごとに対応する走査線群を同時に一括選択することもできる。

ここで、前述した図５および図６に示すように制御回路２８を構成しておけば、電流プログラム方式および電圧プログラム方式のいずれにおいても、第１サブ光源２３Ａ、第２サブ光源２３Ｂ、第３サブ光源２３Ｃおよび第４サブ光源２３Ｄの独立的な駆動を実現することができる。

〈有機ＥＬ素子の構成例〉
有機ＥＬ素子は、自由なサイズ設計が可能、超小型化が可能、高速応答が可能といった優れた特長を有する。有機ＥＬ素子を、照明光通信に利用する場合には、個々の素子面積はより小さいものが好適である。有機ＥＬ素子の静電容量は、面積が小さいほど小さくなる傾向にあるので、応答速度を規定する素子のＲＣ時定数も同様に有機ＥＬ素子の面積が小さいほど小さくなり、有機ＥＬ素子の面積が小さくなるほど応答速度が速くなるからである。

素子面積(発光面積）は、好ましくは１０^-8cm²以上１cm²以下とするのがよく、より好ましくは１０^-8cm²以上１０^-1cm²以下とするのがよく、さらに好ましくは１０^-8cm²以上１０^-2cm²以下とするのがよい。

従来のＬＥＤでは、半導体基板にＬＥＤを形成した後、半導体基板を分割して個々のチップとし、配線形成された回路基板にチップを取り付けて使用する。半導体基板を分割してチップ化するので、チップの小型化には自ずと限界がある。

また、高価な半導体結晶を有効に利用するためには、個々のチップに占める半導体結晶部分の大きさを最大に、すなわちチップ全体の大きさに近いものにせざるを得ない。そのため、従来のＬＥＤでは、チップを含む素子の小型化が困難であった。

これに対して、有機ＥＬ素子の場合には、例えば素子の動作を制御する制御回路といった配線を形成した基板上に素子を直接的かつ配線と一体的に形成することができる。そして、基板に作り込まれた有機ＥＬ素子をそのまま動作させて利用できるので、設計上の自由度が高く、素子の小型化が比較的容易である。以上のような理由から、有機ＥＬ素子は、照明光通信用の発光素子として極めて好適である。

大容量データの高速通信を可能にするためには、複数の発光ユニットからデータを並列的に送信することが好ましく、そのためには、複数の発光ユニットを配列する必要がある。

従来のＬＥＤでは、個々のＬＥＤチップ、または、チップに台座と樹脂レンズとからなる素子を配列する必要があるために、実際に発光する部分よりも大きな面積が必要であった。

これに対して、有機ＥＬ素子では、配線および制御回路などを形成した基板上に素子を直接形成し、素子をそのまま動作させて利用できるので、発光ユニットの高集積化が容易であり、全体として小さな通信向け照明用光源(送信装置）が実現できる。

また、従来のＬＥＤの場合には、送信装置における照明用光源の強度変調は、ドライバＩＣ（ＩＣ：Integrated Circuit）といった外部制御回路を用いて行う必要があった。そのため、送信装置を構成するユニットの小型化が困難であった。

これに対して、有機ＥＬ素子の場合には、発光層を含む発光部の近傍に薄膜トランジスタ等の変調素子からなる制御回路を一体的に形成することができる。制御回路と有機ＥＬ素子とを、例えば積層して一体化すれば、発光ユニットの小型化が容易である。

このように、有機ＥＬ素子を用いることにより、発光ユニットのさらなる小型化や集積化が可能であり、有機ＥＬ素子と制御回路との積層構造も容易に製造できるので、高速大容量の照明光通信に対応した送信装置の小型化を実現することができる。

有機ＥＬ素子としては、蛍光発光型（一重項遷移）とリン光発光型（三重項遷移）が知られているが、本実施形態では、どちらを使用してもよい。有機ＥＬ素子を小さくし、ＲＣ時定数を小さくして応答速度を上げても、発光の減衰時間で規定される速度以上に応答速度を上げることはできない。

有機ＥＬ素子は、その発光のメカニズムによって、蛍光発光（一重項励起状態からの発光）型とリン光発光（三重項励起状態からの発光）型とに分けられる。一般に、蛍光発光型はリン光発光型よりも発光の減衰時間が短く、室温（２０℃程度）では蛍光発光型で約１０ns程度、リン光発光型で約1μs程度である。したがって、どちらを用いても、素子単体で１Ｍbps程度の伝送速度までの信号通信に対応可能である。

また、本発明の実施形態において、蛍光発光型の有機ＥＬ素子およびリン光発光型の有機ＥＬ素子の双方を混載した集積デバイスを照明用光源として用いてもよい。蛍光発光型は、リン光発光型よりも応答速度をより速くできるので、高速な通信用途に適しているといえる。リン光発光型は、蛍光発光型よりも発光効率をより高くできるので、照明用途に適している。

有機ＥＬ素子は発光層材料を素子ごとに選択的に分けて形成できる。よって、照明用光源において、例えば照明用の有機ＥＬ素子をリン光発光型とし、通信用の有機ＥＬ素子を蛍光発光型とするというように、照明用光源が、送信データに基づいて変調された変調光を出射する通信用の有機ＥＬ素子と、非変調光を出射する照明用の有機ＥＬ素子とを含んで構成されてもよい。

この場合には、蛍光発光型の有機ＥＬ素子には、照明機能および通信機能の双方を担わせて、送信データに基づいて変調された変調光を出射する通信用の有機ＥＬ素子としてこれを用いるのがよい。また、リン光発光型の有機ＥＬ素子には、照明機能のみを担わせて、一定の非変調光を出射する照明用の有機ＥＬ素子としてこれを用いるのがよい。

これら照明用の有機ＥＬ素子および通信用の有機ＥＬ素子は、前述したサブ光源ごとにいずれかの有機ＥＬ素子を選択して設ける構成としてもよい。また、単一のサブ光源内に照明用の有機ＥＬ素子および通信用の有機ＥＬ素子を混在させてもよい。

これにより、照明効率の向上と通信の高速化とを両立した照明システムが構築できる。ただし、このような構成では、照明からの全光量に対して、通信情報が重畳された光、すなわち信号光の割合が小さくなる。したがって、受信装置として、光の強度変化に敏感なシステムが必要になる。全光量に対する蛍光、すなわち信号光の割合としては、１％以上５０％以下であることが望ましい。

一般照明を用いて照明光通信を行う場合には、照明用光源は白色であることが望ましい。有機ＥＬ素子で白色光を得るためには、１つの素子内部にＲ素子、Ｇ素子、およびＢ素子の発光層を積層する方法がある。

これらの白色光を発光する有機ＥＬ素子は、従来の蛍光体を用いた、いわゆる白色ＬＥＤのような電流注入による青色発光→蛍光体励起→黄色発光というプロセス非経由で、電流注入直接再結合により複数の波長の発光を出射する。そのため、従来の蛍光体を用いた白色ＬＥＤよりも応答速度がより速いという特長があり、照明光通信システムに好適である。

図１０を参照して、送信装置に好適に適用可能な有機ＥＬ素子２６の構成例につき説明する。

図１０は、有機ＥＬ素子の概略的な断面図である。本実施形態の有機ＥＬ素子は、ＴＦＴ基板５０上に設けられている。ここでは、いわゆるアクティブマトリクス方式の面光源としてＴＦＴ基板５０上に形成された１つの有機ＥＬ素子２６の構成を説明する。

有機ＥＬ素子２６は、画素領域５１内に設けられる（図４参照）。有機ＥＬ素子２６は、陽極５２と、陰極５８と、該電極間に配置され、かつ互いに異なるピーク波長で発光する複数の発光層とを有している。有機ＥＬ素子２６をＴＦＴ基板５０に設ける場合には、通常、基板側に陽極が形成されるが、基板側に陰極を設ける構成としてもよい。

陽極５２および陰極５８は、対向して配置され、該電極間には、本実施形態では正孔注入層５４がさらに設けられる。本実施の形態では、有機ＥＬ素子２６は、陽極５２、正孔注入層５４、発光部５６、および陰極５８がこの順に積層されて構成されている。

発光部５６は、ＴＦＴ基板５０の厚み方向にその厚み方向を一致させて配置される複数の発光層が積層されて構成され、少なくとも３層の発光層を備えることが好ましい。なお発光部５６には、発光層だけでなく、発光層間に所定の層が必要に応じて設けられる場合もありうる。

本実施形態では、発光部５６は、正孔注入層５４上に設けられる第１発光層５６Ａと、第１発光層５６Ａ上に積層されて設けられる第２発光層５６Ｂと、第２発光層５６Ｂ上に積層されている第３発光層５６Ｃとからなる３層の積層層としてある。

なお、これら第１発光層５６Ａ、第２発光層５６Ｂおよび第３発光層５６Ｃは、互いに異なるピーク波長の光を発光する発光層である。ここで、発光層の発光するピーク波長とは、電圧が印加されたときに発光する光を波長領域で見たとき、最も強い光強度となる波長をいう。

これら第１発光層５６Ａ、第２発光層５６Ｂおよび第３発光層５６Ｃは、ピーク波長がより長いものから順に、陽極５２寄り、すなわち陽極５２に対して距離的に近い配置となるように位置させて積層される。

本実施形態では第１発光層５６Ａを、最もピーク波長が長い赤色を発光する発光層として、最も陽極５２側、すなわち正孔注入層５４上に配置してある（以下、第１発光層５６Ａを赤色発光層５６Ａという場合がある）。

また、本実施形態では赤色発光層５６Ａに次いでピーク波長が長い緑色を発光する発光層を第２発光層５６Ｂとして赤色発光層５６Ａ上に配置してある（以下、第２発光層５６Ｂを緑色発光層５６Ｂという場合がある）。

さらに、本実施形態では緑色発光層５６Ｂに次いでピーク波長が長い、すなわち最もピーク波長が短い青色を発光する発光層を第３発光層５６Ｃとして、最も陰極である陰極５８寄り、すなわち陽極５２から最も遠い位置である第２発光層５６Ｂ上に配置してある（以下、第３発光層５６Ｃを青色発光層５６Ｃという場合がある）。

本実施形態の有機ＥＬ素子２６に好適に適用可能な赤色発光層５６Ａは、例えば５８０ｎｍから６６０ｎｍ、好ましくは６００から６４０ｎｍのピーク波長の出射光を有する。

また、緑色発光層５６Ｂは、例えば５００ｎｍから５６０ｎｍ、好ましくは５２０ｎｍから５４０ｎｍのピーク波長の出射光を有する。

さらに、青色発光層５６Ｃは、例えば４００ｎｍから５００ｎｍ、好ましくは４２０ｎｍから４８０ｎｍのピーク波長の出射光を有する。

このようなピーク波長で発光する赤色発光層５６Ａ、緑色発光層５６Ｂ、および青色発光層５６Ｃからそれぞれ発光される光を重ね合わせると白色光となる。すなわち、本発明に好適に適用可能な有機ＥＬ素子２６は、白色光を発する。

ＴＦＴ基板５０としては、有機ＥＬ素子２６の形成工程において変形等の不具合が発生しないことを条件として、従来公知の任意好適な基板を適用することができる。ＴＦＴ基板５０は、いわゆるリジッド基板であっても、フレキシブル基板であってもよい。

第１主表面５０ａおよび第１主表面５０ａと対向する第２主表面５０ｂを含むＴＦＴ基板５０は、好ましくは例えばガラス板、プラスチック板、高分子フィルムおよびシリコン板、並びにこれらを積層した積層板上に、トランジスタといった機能素子、および配線等を含む制御回路２８が形成されたものとするのがよい。有機ＥＬ素子２６を、発光部５６からの発光光がＴＦＴ基板５０側から取り出されるいわゆるボトムエミッション型とする場合には、例えば可視光領域の光の透過率がより高いものを選択するのがよい。

なお、発光部５６からの光が陰極５８側から取り出されるいわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ素子２６とする場合には、ＴＦＴ基板５０は、透明であっても、不透明であってもよい。

一般に、有機ＥＬ素子においては、陽極および陰極のいずれか一方または双方とも、透明または半透明とされる。有機ＥＬ素子２６を例えばボトムエミッション型とする場合には、陽極５２は、透明または半透明とされる。透明または半透明とする場合には、陽極５２として、可視光領域の光の透過率がより高いものを用いるのが好適である。

陽極５２の材料としては、例えば導電性を有する金属酸化物膜、半透明の金属薄膜を用いることができる。陽極５２としては、例えば電気抵抗のより低いものを用いることができる。

具体的には、陽極５２は、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、インジウムスズ酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：略称ＩＴＯ）およびインジウム亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ：略称ＩＺＯ）などからなる薄膜、あるいは金、白金、銀、銅などからなる薄膜が用いられる。これらの中でも、陽極５２は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、および酸化スズからなる薄膜が好適に用いられる。

有機ＥＬ素子２６をトップエミッション型とする場合には、陽極５２は、発光部５６からの出射光を陰極側に反射する材料によって形成されることが好ましく、例えば光を反射する程度の膜厚の金属薄膜を用いてもよい。

陽極５２の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法等を挙げることができる。また、陽極５２として、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体などの有機材料により形成される透明導電膜を用いてもよい。

正孔注入層５４は、陽極５２からの正孔注入効率を改善する機能を有する層である。正孔注入層５４を構成する正孔注入材料としては、フェニルアミン系、スターバースト型アミン系、フタロシアニン系、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウム等の酸化物、アモルファスカーボン、ポリアニリン、ポリチオフェン誘導体などを挙げることができる。

正孔注入層５４は、例えば前述の正孔注入材料を溶媒に溶解した塗布液を塗布する塗布法によって成膜することができる。溶媒としては、正孔注入層の形成材料が溶解することを条件として任意好適なものを用いることができる。

溶媒としては、例えば、水、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン等の塩素系溶媒、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセルソルブアセテート等のエステル系溶媒を挙げることができる。

正孔注入層５４は、塗布法により形成するのがよい。塗布法としては、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、およびインクジェットプリント法などを挙げることができる。これらの塗布法のうちの１つを用いて、陽極５２が形成されたＴＦＴ基板５０上に、前述した塗布液を塗布することによって、正孔注入層５４を形成することができる。

正孔注入層５４の層厚は、用いる材料によって最適値が異なる。よって正孔注入層５４の層厚は、少なくともピンホールが非発生となり、駆動電圧と発光効率が適度な値となることを条件として任意好適な厚さとすることができる。

正孔注入層５４の層厚は、厚すぎると素子の駆動電圧が高くなってしまう。よって、正孔注入層５４の膜厚は、例えば１ｎｍから１μｍ、好ましくは２ｎｍから５００ｎｍ、さらに好ましくは例えば５ｎｍから２００ｎｍである。

発光部５６を構成する第１、第２および第３発光層５６Ａ、５６Ｂおよび５６Ｃそれぞれは、例えば塗布法によって形成するのがよい。

各発光層を形成するにあたり、形成される発光層を構成する材料を含む塗布液を塗布する前に、既に形成された発光層を塗布される塗布液に対して不溶化する。

具体的には、緑色発光層５６Ｂを塗布法によって形成する前に、赤色発光層５６Ａを塗布液に対して不溶化しておく。さらに、青色発光層５６Ｃを塗布法によって形成する前に、緑色発光層５６Ｂを塗布液に対して不溶化しておく。

本実施形態では、不溶化される発光層を構成する材料の少なくとも一部は、エネルギーを加えることによって架橋する材料とする。このような材料を含む塗布液を塗布した後に、エネルギーとして、例えば光または熱を加えて、架橋させることによって塗布膜を不溶化することができる。

なお、不溶化される発光層を主に構成する材料が、エネルギーを加えることによって架橋するものであってもよく、また、不溶化される発光層を構成する材料のうち、発光層を主に構成する材料を除く残余の材料の少なくとも一部が、エネルギーを加えることによって架橋するものであってもよい。

後者の場合には、塗布液には、発光層を主に構成する材料の他に、エネルギーを加えることによって架橋する架橋剤がさらに加えられる。

なお、発光層を主に構成する材料が、エネルギーを加えることによって架橋するものであれば、塗布液に対する架橋剤の添加は不要である。本実施形態では、発光層を主に構成する材料は、発光層において質量濃度の最も高い材料であり、発光層を構成する材料のうちで、蛍光、および／またはリン光を発光する材料（以下、発光材料という場合がある）に相当する。

発光層を主に構成する材料として、エネルギーを加えることによって架橋するものを用いる場合には、好ましくは例えばエネルギーを加えることによって架橋する基（以下、架橋基という場合がある）を含む高分子化合物を用いるのがよい。

なお、本明細書でいう高分子とは、ポリスチレン換算の数平均分子量が、１０^３以上であり、通常、ポリスチレン換算の数平均分子量が１０^８以下である。

架橋基としては、ビニル基などを挙げることができる。具体的には、発光層を主に構成する材料として、ベンゾシクロブタン（ＢＣＢ）から少なくとも１つの水素原子を除いた残基を主鎖および／または側鎖に含む高分子化合物を用いたものを挙げることができる。

また、発光層を主に構成する材料の他に、塗布液に加える架橋剤としては、ビニル基、アセチル基、ブテニル基、アクリル基、アクリルアミド基、メタクリル基、メタクリルアミド基、ビニルエーテル基、ビニルアミノ基、シラノール基、シクロプロピル基、シクロブチル基、エポキシ基、オキセタン基、ジケテン基、エピスルフィド基、ラクトン基、およびラクタム基からなる群から選ばれる重合可能な置換基を有する化合物を挙げることができる。

架橋剤としては、例えば多官能アクリレートが好ましく、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（ＤＰＨＡ）およびトリスペンタエリスリトールオクタアクリレート（ＴＰＥＡ）などがさらに好ましい。

次に、有機ＥＬ素子の発光層の材料について説明する。発光層の材料としては、いわゆる低分子系材料および高分子系材料のどちらも利用可能であり、特に高分子系材料が好ましい。

各発光層５６Ａ、５６Ｂおよび５６Ｃは、蛍光および／またはリン光を発光する有機物、若しくは該有機物と、ドーパントとを含んで構成される。ドーパントは、例えば発光効率の向上や発光波長を変化させるなどの目的で付加される。各発光層５６Ａ、５６Ｂおよび５６Ｃを主に構成する発光材料としては、例えば以下のものが挙げられる。

色素系の発光材料としては、例えば、シクロペンダミン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体化合物、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ピロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、オキサジアゾールダイマー、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、およびピラゾリンダイマーなどを高分子化したものを挙げることができる。

金属錯体系の発光材料としては、中心金属に、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂｅなど、またはＴｂ、Ｅｕ、Ｄｙなどの希土類金属を有し、配位子に、オキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造などを有する金属錯体を高分子化したものを挙げることができる。

金属錯体系の発光材料としては、イリジウム錯体、白金錯体等の三重項励起状態からの発光を有する金属錯体、アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾリル亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロピウム錯体などを高分子化したものを挙げることができる。

高分子系の発光材料としては、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、およびポリビニルカルバゾール誘導体などを挙げることができる。

赤色発光層５６Ａを主に構成する発光材料としては、前述の発光材料のうち、クマリン誘導体、チオフェン環化合物、およびそれらの重合体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリフルオレン誘導体などを挙げることができる。なかでも赤色発光層５６Ａを主に構成する発光材料として、高分子材料のポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリフルオレン誘導体などが好ましい。

緑色発光層５６Ｂを主に構成する材料としては、前述の発光材料のうち、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、チオフェン環化合物およびそれらの重合体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体などを挙げることができる。なかでも緑色発光層５６Ｂを主に構成する材料として、高分子材料のポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体などが好ましい。

青色発光層５６Ｃを主に構成する材料としては、前述の発光材料のうち、ジスチリルアリーレン誘導体、および／またはオキサジアゾール誘導体の重合体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体などを挙げることができる。なかでも青色発光層５６Ｃを主に構成する材料として、高分子材料のポリビニルカルバゾール誘導体、ポリパラフェニレン誘導体やポリフルオレン誘導体などが好ましい。

各発光層を主に構成する発光材料としては、前述の発光材料の他に、例えば発光効率の向上や発光波長を変化させるなどの目的でドーパント材料をさらに含んでいてもよい。このようなドーパント材料としては、例えば、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル系色素、テトラセン誘導体、ピラゾロン誘導体、デカシクレン、フェノキサゾンなどを挙げることができる。

各発光層は、前述した正孔注入層５４を成膜する方法と同様の方法によって形成することができる。各発光層は、具体的には、正孔注入層材料を溶解する溶媒と同様の溶媒に、発光層を構成する材料を溶解した塗布液を、前述した塗布法によって塗布することで成膜することができる。

次に、発光層の形成方法につき説明する。まず、赤色発光層５６Ａを形成する。具体的には前述した赤色発光層５６Ａを構成する材料を溶解した塗布液を、前述した塗布法によって陽極５２の表面上に塗布する。

次に、塗布した膜を加熱または光照射することによって架橋して、不可逆的に固化することにより次に塗布される塗布液に対して不溶化した赤色発光層５６Ａを得る。このように架橋した赤色発光層５６Ａは、緑色発光層５６Ｂを形成するために塗布液を塗布したとしても、溶出しない。

次に、緑色発光層５６Ｂを形成する。具体的には前述した緑色発光層５６Ｂを構成する材料を溶解した塗布液を、前述した塗布法によって赤色発光層５６Ａの表面上に塗布する。次に、塗布膜を加熱または光照射することによって、架橋した緑色発光層５６Ｂを得る。このように架橋した緑色発光層５６Ｂは、青色発光層５６Ｃを形成するために塗布液を塗布したとしても、溶出しない。

次に、青色発光層５６Ｃを形成する。具体的には前述した青色発光層５６Ｃを構成する材料を溶解した塗布液を、前述した塗布法によって緑色発光層５６Ｃの表面上に塗布して、乾燥させることによって青色発光層５６Ｃを得る。

このように、次層を形成するための塗布液が塗布される発光層を、塗布液に対して予め不溶化しておくことによって、形成された発光層の表面に塗布液を塗布したときに、発光層が溶解してしまうことを防ぐことができる。これによって、各発光層の層厚の制御が容易になり、意図した層厚の発光層を容易に形成することができる。

発光部５６を構成する各発光層の層厚は、陽極５２側に配置される発光層ほど、層厚が薄い方が好ましい。具体的には、赤色発光層５６Ａの層厚ｈ１よりも、緑色発光層５６Ｂの層厚ｈ２が厚くなるのが好ましい。また、緑色発光層５６Ｂの層厚ｈ２よりも、青色発光層５６Ｃの層厚ｈ３が厚い方が好ましい。

さらに具体的には、赤色発光層５６Ａの層厚ｈ１は、好ましくは５ｎｍから２０ｎｍであり、さらに好ましくは１０ｎｍから１５ｎｍである。また緑色発光層５６Ｂの層厚ｈ２は、好ましくは１０ｎｍから３０ｎｍであり、さらに好ましくは１５ｎｍから２５ｎｍである。また青色発光層５６Ｃの層厚ｈ３は、好ましくは４０ｎｍから７０ｎｍであり、さらに好ましくは５０ｎｍから６５ｎｍである。

このように各発光層の層厚を設定することによって、電極に印加する電圧の変化に対して、色味の変化が少なく、かつ駆動電圧の低い、高効率で発光する有機ＥＬ素子２６を実現することができる。

また、発光部５６を構成する各発光層が、発光光のピーク波長が長い発光層を構成する化合物ほど、陽極５２側に配置されるので、各発光層の層厚を前述のように適切に設定することによって、電極に印加する電圧の変化に対して、色味の変化が少なく、かつ駆動電圧の低い有機ＥＬ素子２６を実現することができる。

なお、発光する光のピーク波長が長いほど、化合物の最高占有分子軌道(Highest Occupied Molecular Orbital：略称ＨＯＭＯ)および最低非占有分子軌道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital：略称ＬＵＭＯ)がそれぞれ低い傾向にある。よって、本実施形態では、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯが低い化合物で形成される発光層ほど、陽極５２側に配置される。よって、陽極５２から離間する発光層ほど、その層を構成する化合物のＨＯＭＯおよびＬＵＭＯが順次高くなる配置となるので、発光部５６に正孔および電子を効率的に輸送することができる。したがって、電極に印加する電圧の変化に対して、色味の変化の少なく、かつ駆動電圧の低い有機ＥＬ素子２６を実現することができるものと推測される。

陰極５８の材料としては、仕事関数が小さく、発光層への電子注入が容易な材料が好ましい。また陰極５８の材料としては、電気伝導度の高い材料が好ましい。

また、陽極５２側から光を取り出す場合には、発光部５６からの光を陽極５２側に反射するために、陰極５８の材料としては可視光反射率の高いものが好ましい。

陰極５８の材料としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属および周期表第１３族金属などの金属を用いることができる。具体的には、陰極５８の材料として、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、アルミニウム、スカンジウム、バナジウム、亜鉛、イットリウム、インジウム、セリウム、サマリウム、ユーロピウム、テルビウム、イッテルビウムなどの金属、または上記金属のうち２つ以上の合金、またはこれらのうち１つまたは２つ以上と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、錫のうち１つまたは２つ以上との合金、またはグラファイト若しくはグラファイト層間化合物などが用いられる。

合金の例としては、好ましくはマグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、カルシウム−アルミニウム合金などを挙げることができる。

また、陰極５８としては、透明導電性電極を用いることができる。陰極５８としては、例えば導電性金属酸化物や導電性有機物などを用いることができる。具体的には、陰極５８としては、導電性金属酸化物として酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、およびそれらの複合体であるインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、導電性有機物としてポリアニリンもしくはその誘導体、ポリチオフェンもしくはその誘導体などの有機材料により形成される透明導電膜を用いてもよい。なお、陰極５８を２層以上の多層の積層構造としてもよい。

以上説明した本実施形態の有機ＥＬ素子２６では、発光部５６を構成する３つの発光層５６Ａ、５６Ｂおよび５６Ｃを、発光する光のピーク波長が長い発光層ほど、陽極５２寄りに配置することによって、電極に印加する電圧の変化に対して、色味の変化の少なく、かつ高効率で発光する有機ＥＬ素子２６とすることができる。

このような構成の有機ＥＬ素子２６では、陽極５２と陰極５８との間に印加する電圧を変化させたときの、外に取出される光の色度座標における座標値ｘと、座標値ｙとの変化の幅が、それぞれ０．０５以下、すなわち最大でも０．０５である有機ＥＬ素子を実現することができる。なお、印加する電圧を変化させるときの範囲は、通常、輝度が１００ｃｄ／ｍ^２〜１００００ｃｄ／ｍ^２となる範囲であり、少なくとも４０００ｃｄ／ｍ^２〜６０００ｃｄ／ｍ^２となる範囲である。

ここで、外に取り出される光は、各発光層５６Ａ、５６Ｂおよび５６Ｃからの光が重ねあわされた光のことであり、本実施形態における色度座標とは、国際照明委員会（ＣＩＥ）の定めるＣＩＥ１９３１のことである。

以上説明した本実施形態の有機ＥＬ素子２６は、陽極５２と、陰極５８と、陽極５２および陰極５８の間に配置される発光層５６とを必須の構成要件として有している。本実施形態では、発光部５６が、３層の発光層５６Ａ、５６Ｂおよび５６Ｃが積層されて構成され、全体として白色光を発光する構成例を説明した。

しかしながら、陽極５２と陰極５８との間には、各発光層５６Ａ、５６Ｂおよび５６Ｃの発光する波長とは異なる波長の光を発する発光層をそれぞれ設けて、例えば白色光とは異なる波長の光を発する発光部５６を構成してもよい。

また、発光部５６を、２層、または４層以上の発光層で構成してもよい。各発光層が発光する光の色は、それぞれの有機ＥＬ素子から取り出される光の色に応じて、所望により適宜選択される。

なお、有機ＥＬ素子から取り出される光の色が、白色であっても、白とは異なる色であっても、また発光層５６の層数が２層または４層以上であったとしても、各発光層を、発光する光のピーク波長が長い発光層ほど、陽極５２寄りに配置することによって、電極に印加する電圧の変化に対して、色味の変化の少なく、かつ高効率で発光する有機ＥＬ素子を実現することができる。

本実施形態の有機ＥＬ素子２６では、陽極５２と陰極５８との間に、発光部５６と正孔注入層５４とが設けられる構成例を説明した。しかしながら、陽極５２と陰極５８との間に設けられる層の構成は、図１０を参照して説明した構成には限られない。陽極５２と陰極５８との間には、少なくとも発光部５６が設けられていればよく、発光部５６のみが設けられていてもよい。

また、発光部５６と陽極５２との間、および／または発光部５６と陰極５８との間には、本実施形態の正孔注入層とは異なる１層または複数層の他の層を設けてもよい。

以下に、陽極５２と陰極５８との間に設けられる層の例について説明する。なお、以下の説明において、既に説明した陽極５２、陰極５８、発光部５６および正孔注入層５４については、重複する説明を省略する場合がある。

陰極５８と発光部５６との間に設けられる層としては、好ましくは電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層などを挙げることができる。陰極５８と発光部５６との間に、電子注入層と電子輸送層との両方の層が設けられる場合には、陰極５８に近い側に位置する（接する）層を電子注入層といい、発光部５６に近い側に位置する（電子注入層を除く）層を電子輸送層という。

陽極５２と発光部５６との間に設けられる層としては、前述した正孔注入層５４、正孔輸送層、電子ブロック層等を挙げることができる。陽極５２と発光部５６との間に、正孔注入層と正孔輸送層との両方が設けられる場合には、陽極５２に近い側に位置する（接する）層を正孔注入層といい、発光部５６に近い側に位置する（正孔注入層を除く）層を正孔輸送層という。

なお、電子注入層および正孔注入層を総称して電荷注入層ということがある。また、電子輸送層および正孔輸送層を総称して電荷輸送層ということがある。

本実施形態の有機ＥＬ素子のとりうる層構成の具体的な例を以下に示す。
ａ）陽極／発光部／陰極
ｂ）陽極／正孔注入層／発光部／陰極
ｃ）陽極／正孔注入層／発光部／電子注入層／陰極
ｄ）陽極／正孔注入層／発光部／電子輸送層／電子注入層／陰極
ｅ）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光部／陰極
ｆ）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光部／電子注入層／陰極
ｇ）陽極／発光部／電子注入層／陰極
ｈ）陽極／発光部／電子輸送層／電子注入層／陰極
（ここで、記号「／」は、記号「／」を挟む２つの層が隣接して積層されることを示す。以下同じ）

有機ＥＬ素子２６を、ＴＦＴ基板５０側から光を取り出すいわゆるボトムエミッション型とする場合には、発光部５６に対して、ＴＦＴ基板５０側に配置される層を、全て透明な層で構成する。また、有機ＥＬ素子２６を、陰極５８側から光を取り出すいわゆるトップエミッション型とする場合には、発光部５６に対して、陰極５８側に配置される層を、全て透明な層により構成する。

本実施形態の有機ＥＬ素子２６は、さらに電極との密着性向上や、電極からの電荷注入の改善のために、電極に隣接して膜厚が最大でも２ｎｍ程度の絶縁層を設けてもよく、また、界面の密着性向上や混合の防止等のために、互いに隣接する前述した各層間、すなわち各層の界面に薄いバッファー層を挿入してもよい。

以下、各層の具体的な構成について説明する。

＜正孔輸送層＞
正孔輸送層は、陽極または正孔注入層、若しくは陽極により近い正孔輸送層からの正孔注入を改善する機能を有する。正孔輸送層を構成する正孔輸送材料としては、ポリビニルカルバゾール若しくはその誘導体、ポリシラン若しくはその誘導体、側鎖若しくは主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、ポリアリールアミン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導体、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）若しくはその誘導体、またはポリ（２，５−チエニレンビニレン）若しくはその誘導体などを挙げることができる。

これらの正孔輸送材料の中で、正孔輸送材料としては、ポリビニルカルバゾール若しくはその誘導体、ポリシラン若しくはその誘導体、側鎖若しくは主鎖に芳香族アミン化合物基を有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、ポリアリールアミン若しくはその誘導体、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）若しくはその誘導体、またはポリ（２，５−チエニレンビニレン）若しくはその誘導体等の高分子の正孔輸送材料を用いるのがよい。正孔輸送材料としては、ポリビニルカルバゾール若しくはその誘導体、ポリシラン若しくはその誘導体、側鎖若しくは主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体などがさらに好ましい。低分子の正孔輸送材料の場合には、高分子バインダーに分散させて用いることが好ましい。

正孔輸送層の形成方法としては、低分子の正孔輸送材料の場合には、高分子バインダーとの混合溶液からの成膜による方法を挙げることができる。また、高分子の正孔輸送性材料を用いる場合には、溶液からの成膜による方法を挙げることができる。

溶液からの成膜に用いる溶媒としては、正孔輸送材料を溶解させるものであればよく、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン等の塩素系溶媒、テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセルソルブアセテート等のエステル系溶媒を挙げることができる。

溶液からの成膜方法としては、正孔注入層を形成する方法として挙げた方法と同様の塗布法を挙げることができる。

混合する高分子バインダーとしては、電荷輸送を極度に阻害しないものが好ましく、また可視光に対する吸収が弱いものが好適に用いられる。該高分子バインダーとしては、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリシロキサンなどを挙げることができる。

正孔輸送層の層厚は、用いる材料によって最適値が異なる。よって、少なくともピンホールが非発生となる厚さが必要であり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように選択される。正孔輸送層の層厚が厚すぎると、素子の駆動電圧が高くなってしまうおそれがある。従って、正孔輸送層の層厚としては、例えば１ｎｍから１μｍであり、好ましくは２ｎｍから５００ｎｍであり、さらに好ましくは５ｎｍから２００ｎｍである。

＜電子輸送層＞
電子輸送層は、陰極５８、または電子注入層、若しくは陰極５８により近い電子輸送層からの電子注入を改善する機能を有する層である。電子輸送層を構成する電子輸送性材料としては、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン若しくはその誘導体、ベンゾキノン若しくはその誘導体、ナフトキノン若しくはその誘導体、アントラキノン若しくはその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン若しくはその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン若しくはその誘導体、ジフェノキノン誘導体、または８−ヒドロキシキノリン若しくはその誘導体の金属錯体、ポリキノリン若しくはその誘導体、ポリキノキサリン若しくはその誘導体、ポリフルオレン若しくはその誘導体等を挙げることができる。

これらのうち、電子輸送材料としては、オキサジアゾール誘導体、ベンゾキノン若しくはその誘導体、アントラキノン若しくはその誘導体、または８−ヒドロキシキノリン若しくはその誘導体の金属錯体、ポリキノリン若しくはその誘導体、ポリキノキサリン若しくはその誘導体、ポリフルオレン若しくはその誘導体が好ましく、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール、ベンゾキノン、アントラキノン、トリス（８−キノリノール）アルミニウム、ポリキノリンがさらに好ましい。

電子輸送層の形成法として、低分子の電子輸送材料を用いる場合には、粉末からの真空蒸着法、若しくは溶液または溶融状態からの成膜による方法を挙げることができ、高分子の電子輸送材料を用いる場合には、溶液または溶融状態からの成膜による方法を挙げることができる。溶液または溶融状態からの成膜では、高分子バインダーをさらに併用してもよい。溶液から電子輸送層を成膜する方法としては、前述の溶液から正孔輸送層を成膜する方法と同様の成膜法を挙げることができる。

電子輸送層の層厚は、用いる材料によって最適値が異なる。よって、少なくともピンホールが非発生となる厚さが必要であり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように選択すればよい。電子輸送層の層厚が厚すぎると素子の駆動電圧が高くなってしまうおそれがある。従って、電子輸送層の層厚としては、例えば１ｎｍから１μｍであり、好ましくは２ｎｍから５００ｎｍであり、さらに好ましくは５ｎｍから２００ｎｍである。

＜電子注入層＞
電子注入層は、陰極５８からの電子注入効率を改善する機能を有する層である。電子注入層を構成する電子注入材料としては、発光部の種類に応じて、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または前記金属を１種類以上含む合金、または前記金属の酸化物、ハロゲン化物および炭酸化物、または前記物質の混合物などを挙げることができる。

アルカリ金属またはその酸化物、ハロゲン化物、炭酸化物としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、酸化リチウム、フッ化リチウム、酸化ナトリウム、フッ化ナトリウム、酸化カリウム、フッ化カリウム、酸化ルビジウム、フッ化ルビジウム、酸化セシウム、フッ化セシウム、炭酸リチウム等を挙げることができる。

また、アルカリ土類金属またはその酸化物、ハロゲン化物、炭酸化物の例としては、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、酸化カルシウム、フッ化カルシウム、酸化バリウム、フッ化バリウム、酸化ストロンチウム、フッ化ストロンチウム、炭酸マグネシウム等を挙げることができる。

電子注入層は、２層以上を積層した積層体であってもよい。積層体の具体例としては、ＬｉＦ／Ｃａなどを挙げることができる。電子注入層は、蒸着法、スパッタリング法、印刷法等によって形成される。電子注入層の層厚としては、例えば１ｎｍから１μｍ程度である。

なお、本実施形態における発光部５６は、複数の発光層のみによって構成される例を説明した。しかしながら、他の実施形態として、発光層と発光層との間に、非発光の層が挿入されてもよい。このような発光層と発光層との間に挿入される層としては、例えば、前述した電子ブロック層、正孔ブロック層などを挙げることができる。

電子ブロック層は、電子の輸送を堰き止める機能を有する層である。なお、正孔注入層および／または正孔輸送層が電子の輸送を堰き止める機能を有する場合には、これらの層が電子ブロック層を兼ねることがある。電子ブロック層が電子の輸送を堰き止める機能を有することは、例えばホール電流のみを流す素子を作製して、その電流値の減少により堰き止める効果を確認することができる。

正孔ブロック層は、正孔の輸送を堰き止める機能を有する層である。なお、電子注入層および／または電子輸送層が正孔の輸送を堰き止める機能を有する場合には、これらの層が正孔ブロック層を兼ねる場合がある。正孔ブロック層が正孔の輸送を堰き止める機能を有することは、例えばホール電流のみを流す素子を作製して、その電流値の減少により堰き止める効果を確認することができる。

また、本実施形態における発光部５６は、発光する光の波長の長い発光層から順に成膜する例を説明した。しかしながら、積層順はこれに限定されず、例えば発光する光の波長の短い発光層から順に成膜していってもよい。また、本実施形態ではＴＦＴ基板５０を備える例を説明したが、基板を除いた構成としてもよい。

また、本実施形態において、照明用光源２２をアクティブマトリクス型とする例を説明したが、いわゆるパッシブマトリクス型とすることもできる。パッシブマトリクス型の照明用光源２２を構成する場合、前述した各発光ユニット２４の構成から制御回路２８を省略し、さらに同一の列に属する有機ＥＬ素子の陰極を電気的に接続するとともに駆動回路に接続される配線と、同一の行に属する有機ＥＬ素子の陽極を電気的に接続するとともに駆動回路に接続される配線とを設ければよい。このような構成にすることで、各電極に接続される配線を介して駆動回路から入力される電力に応じて各有機ＥＬ素子を駆動することができる。

本発明の照明光通信システムにおいては、照明として高性能であり、かつ応答速度が速い有機ＥＬ素子を実現かつ適用することで、より高性能な照明光通信システムを提供することができる。
本発明の照明光通信システムにおいては、照明用光源として、高速応答性を特長とする有機ＥＬ素子を用いる。これにより、従来の白色ＬＥＤと比較して、単位時間当たりのデータ送信量をより増加させることができるので、大容量のデータをより高速で伝送することができる。

本発明の送信装置においては、照明用光源を複数のサブ光源に分割し、複数のサブ光源を並列的に駆動させる。よって、送信データを並列的に伝送できるので、大容量のデータをより高速に伝送することができる。

また、サブ光源を複数の発光ユニットで構成することにより、照明光通信を行うのに必要な光量を確保するのがより容易になる。さらに、照明用光源を構成するすべての発光ユニットに対する送信データの書き込みを、走査線の選択による部分的な書き込みを繰り返すことによって順次行う。

こうすることで、駆動能力の高い駆動回路が要求されないため、走査線の選択やデータ線へのデータ出力をより高速化できる。結果として、発光ユニットに対する送信データの書き込みのさらなる高速化を図ることが可能になる。

加えて、本発明の照明光通信システム、およびこの照明光通信システムに好適に適用可能な送信装置の発光ユニットは、有機ＥＬ素子を備えている。有機ＥＬ素子は、自由度の大きなサイズ設計が可能であり、サイズのさらなる小型化が可能であり、かつ応答速度のさらなる高速化が可能であるといった優れた特長を有している。

本発明の発光ユニットに好適に適用可能な有機ＥＬ素子は、陽極と、陰極と、陽極および陰極間に配置され、互いに異なるピーク波長で発光する複数の発光層とを含んで構成され、かつ前記ピーク波長が長い前記発光層ほど前記陽極寄りに配置されてなる。

このように、有機ＥＬ素子の発光部を構成する各発光層を、発光する光のピーク波長が長い発光層ほど、陽極となる電極寄りに配置するので、電極に印加する電圧の変化に対して、色味の変化の少なく、かつ駆動電圧の低い照明光通信システムおよび送信装置を提供することができる。

本発明の照明光通信システムおよび送信装置に好適に適用可能な有機ＥＬ素子は、発光層を複数層積層した積層型とするため、いわゆるＲＣ時定数がより小さくなる。よって、応答速度のさらなる高速化を実現することができる。

本発明の照明光通信システムおよび送信装置では、発光層を複数層積層するにあたり、陽極からより遠い位置に離間して配置される発光層ほど最高占有分子軌道(Highest Occupied Molecular Orbital：略称ＨＯＭＯ)および最低非占有分子軌道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital：略称ＬＵＭＯ)が順次に高くなる材料を用いる。よって、発光部には正孔および電子がより効率的に輸送される。結果として、電極に印加する電圧の変化に対する色味の変化を減少させ、かつ駆動電圧をより低下させることができる。

＜有機ＥＬ素子の作製例＞
本発明の照明光通信システムおよび送信装置に好適に適用可能な有機ＥＬ素子の作製例につき説明する。基板としては、ガラス基板を用い、このガラス基板上にスパッタリング法によって成膜され、所定の形状にパターニングされたＩＴＯ膜を陽極として用いた。陽極は、厚みを１５０ｎｍとした。陽極が形成された基板を、アルカリ洗剤および超純水で洗浄し、乾燥させた後に、ＵＶ−Ｏ₃装置（テクノビジョン株式会社製、商品名「モデル３１２ ＵＶ−Ｏ₃クリーニングシステム」）を用いてＵＶ−Ｏ₃処理を行った。

次に、ポリ（３，４）エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸（ＨＣ スタルクヴィテック社製、商品名「ＢａｙｔｒｏｎＰ ＴＰ ＡＩ４０８３」）の懸濁液を、孔径が０．２μｍのメンブランフィルターで濾過した。濾過して得られた液体を、スピンコートすることによって、陽極上に薄膜として塗布した。次に、ホットプレート上において２００℃で１０分間加熱する処理を行い、層厚が７０ｎｍの正孔注入層を得た。

次に、赤色発光層を正孔注入層上に積層した。まず、溶媒としてキシレンを用い、赤色発光層を主に構成する材料として、発光材料（サメイション社製、商品名「ＰＲ１５８」）を用い、架橋剤として、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（日本化薬製、商品名「ＫＡＹＡＲＡＤＤＰＨＡ」）を用いて塗布液を調合した。発光材料と架橋剤との重量比を４：１とし、発光材料と架橋剤とを合わせた材料の塗布液における割合を１．０質量％とした。

このようにして得られた塗布液を、スピンコートすることによって、正孔注入層上に薄膜として塗布した。次に、窒素雰囲気において２００℃で２０分間加熱して、層厚が１０ｎｍの赤色発光層を得た。このような加熱処理を行うことによって、薄膜を乾燥させて溶媒を除去するとともに、架橋剤を架橋させて、次に塗布される塗布液に対して赤色発光層を不溶化した。

次に緑色発光層を赤色発光層上に積層した。まず、溶媒としてキシレンを用い、緑色発光層を主に構成する材料として、発光材料（サメイション社製、製品名「Ｇｒｅｅｎ１３００」）を用い、架橋剤として、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（日本化薬製、商品名「ＫＡＹＡＲＡＤＤＰＨＡ」）を用いて塗布液を調合した。発光材料と架橋剤との重量比を、４：１とし、発光材料と架橋剤とを合わせた材料の塗布液における割合を１．０質量％とした。

このようにして得られた塗布液を、スピンコートすることによって、赤色発光層上に薄膜として塗布した。次に、窒素雰囲気において２００℃で２０分間加熱して、層厚が１５ｎｍの緑色発光層を得た。このような加熱処理を行うことによって、薄膜を乾燥させて溶媒を除去するとともに、架橋剤を架橋させて、次に塗布される塗布液に対して緑色発光層を不溶化した。

次に青色発光層を緑色発光層上に積層した。まず、溶媒としてキシレンを用い、青色発光層を主に構成する材料として、発光材料（サメイション社製、商品名「ＢＰ３６１」）を用いて塗布液を調合した。塗布液における青色発光材料の割合を、１．５質量％とした。このようにして得られた塗布液を、スピンコートすることによって、緑色発光層上に薄膜を形成した。

次に、窒素雰囲気において１３０℃で２０分間加熱して、層厚が５５ｎｍの青色発光層を得た。なお、各発光層の厚み方向に垂直な平面で切った断面の形状は、２ｍｍ×２ｍｍの正方形とした。

次に、青色発光層を成膜した基板を、真空蒸着装置に導入して、バリウムを青色発光層上に蒸着させて、膜厚が約５ｎｍのバリウムからなる薄膜を形成し、さらにバリウムからなる薄膜上にアルミニウムを蒸着させて、膜厚が約８０ｎｍのアルミニウムからなる薄膜を形成して、バリウムからなる薄膜と、アルミニウムからなる薄膜との積層体によって構成される陰極を形成した。なお、真空度が５×１０^-5Ｐａ（パスカル）以下に達してから、バリウムおよびアルミニウムの蒸着を開始した。

＜比較例１にかかる有機ＥＬ素子の作製＞
比較例１として、白色の波長領域で発光する一層の発光層（以下、白色発光層という場合がある）のみからなる発光部を備える有機ＥＬ素子を作製した。白色発光層以外の製造工程は、作製例の有機ＥＬ素子の製造工程と同じなので、重複する説明を省略して、白色発光層の製造工程についてのみ説明する。

まず、溶媒としてキシレンを用い、白色発光層を主に構成する材料として、発光材料（サメイション社製、商品名「ＷＰ１３３０」）を用いて塗布液を調合した。塗布液における発光材料の割合は、１．０質量％とした。このようにして得られた塗布液を、正孔注入層が形成された基板上にスピンコートすることによって、正孔注入層上に薄膜として塗布した。次に、窒素雰囲気において１３０℃で２０分間加熱して、層厚が８０ｎｍの白色発光層を得た。

＜比較例２にかかる有機ＥＬ素子の作製＞
比較例２として、赤色発光層、緑色発光層、および青色発光層の３層の積層順のみが、作製例の有機ＥＬ素子とは異なる有機ＥＬ素子を作製した。陽極に最も近い層に、青色発光層を配置し、真中の層に、緑色発光層を配置し、陰極に最も近い層に赤色発光層を配置した。赤色発光層、緑色発光層、および青色発光層以外の製造工程は、作製例の有機ＥＬ素子の製造工程と同じなので、赤色発光層、緑色発光層、および青色発光層の製造工程についてのみ説明する。

まず青色発光層を正孔注入層上に積層した。塗布液の溶媒としてキシレンを用い、青色発光層を主に構成する材料として、発光材料（サメイション社製、商品名「ＢＰ３６１」）を用い、架橋剤として、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（日本化薬製、商品名「ＫＡＹＡＲＡＤＤＰＨＡ」）を用いて塗布液を調合した。発光材料と架橋剤との重量比を、４：１とし、発光材料と架橋剤とを合わせた材料の塗布液における割合を１．０質量％とした。このようにして得られた塗布液を、スピンコートすることによって、正孔注入層上に薄膜として塗布した。

次に、窒素雰囲気において１３０℃で２０分間加熱して、層厚が５５ｎｍの青色発光層を得た。このような加熱処理を行うことによって、薄膜を乾燥させて溶媒を除去するとともに、架橋剤を架橋させて、次に塗布される塗布液に対して青色発光層を不溶化した。

次に緑色発光層を青色発光層上に積層した。まず、溶媒としてキシレンを用い、緑色発光層を主に構成する材料として、発光材料（サメイション社製、製品名「Ｇｒｅｅｎ１３００」）を用い、架橋剤として、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（日本化薬製、商品名「ＫＡＹＡＲＡＤＤＰＨＡ」）を用いて塗布液を調合した。発光材料と架橋剤との重量比を、４：１とし、発光材料と架橋剤とを合わせた材料の塗布液における割合を１．０質量％とした。

このようにして得られた塗布液を、スピンコートすることによって、青色発光層上に薄膜として塗布した。次に、窒素雰囲気において２００℃で２０分間加熱して、層厚が１５ｎｍの緑色発光層を得た。このような加熱処理を行うことによって、薄膜を乾燥させて溶媒を除去するとともに、架橋剤を架橋させて、次に塗布される塗布液に対して緑色発光層を不溶化した。

次に赤色発光層を緑色発光層上に積層した。まず、溶媒としてキシレンを用い、赤色発光層を主に構成する材料として、発光材料（サメイション社製、商品名「ＰＲ１５８」）を用いて塗布液を調合した。塗布液における発光材料の割合を１．０質量％とした。

このようにして得られた塗布液を、スピンコートすることによって、緑色発光層上に薄膜として塗布した。次に、窒素雰囲気において２００℃で２０分間加熱して、層厚が１０ｎｍの赤色発光層を得た。

作製例、比較例１、比較例２の各有機ＥＬ素子にそれぞれ電圧を印加して、輝度および色度を測定した。測定では、印加する電圧を段階的に変化させ、印加する電圧ごとに輝度および色度を測定した。測定結果を表１に示す。

印加する電圧を変えて輝度を１００ｃｄ／ｍ²〜１００００ｃｄ／ｍ²まで変化させたときの、作製例、比較例１、比較例２の各有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標における座標値ｘ，ｙのそれぞれの変化幅を表２に示す。

表１および表２に示すように、作製例の有機ＥＬ素子は、印加する電圧を変えて輝度を１００ｃｄ／ｍ²〜１００００ｃｄ／ｍ²まで変化させたときの、取り出される光の色度座標における座標値ｘと、座標値ｙとの変化の幅が、それぞれ０．０１６以下であった。

表１に示すように、作製例の有機ＥＬ素子は、３層の発光層を設けることによって、１層の発光層のみからなる比較例１の有機ＥＬ素子よりも電流効率の最大値が向上した。また、作製例の有機ＥＬ素子は、３層の発光層を所定の配置にすることによって、比較例２の有機ＥＬ素子よりも電流効率の最大値が向上した。

また、表２に示すように、作製例の有機ＥＬ素子は、３層の発光層を設けることによって、１層の発光層のみからなる比較例１の有機ＥＬ素子よりも、電圧の変化に対する色味の変化が少なかった。また、作製例の有機ＥＬ素子は、３層の発光層を所定の配置にすることによって、比較例２の有機ＥＬ素子よりも、電圧の変化に対する色味の変化が少なかった。

照明光通信システムの概略的説明図（１）である。 照明光通信システムの概略的説明図（２）である。 照明光通信システムの概略的説明図（３）である。 照明光通信システムの概略的説明図（４）である。 電流プログラム方式の発光ユニットの回路図である。 電圧プログラム方式の発光素子の回路図である。 発光ユニットの動作説明図である。 照明光通信システムの概略的説明図（５）である。 照明用光源の動作説明図である。 有機ＥＬ素子の概略的な断面図である。

符号の説明

１０：照明光通信システム
２０：送信装置
２２：照明用光源
２４：発光ユニット
２３：サブ光源
２３Ａ：第１サブ光源
２３Ｂ：第２サブ光源
２３Ｃ：第３サブ光源
２３Ｄ：第４サブ光源
２６：有機ＥＬ素子
２８：制御回路
２９：直列／並列変換回路
３０：受信装置
３２：受光部
３４：復調部
３６：レンズ
３８：並列／直列変換回路
４２：走査線駆動回路
４４：データ線駆動回路
５０：ＴＦＴ基板
５０ａ：第１主表面
５０ｂ：第２主表面
５１：画素領域
５２：陽極
５４：正孔注入層
５６：発光部
５６Ａ：第１発光層（赤色発光層）
５６Ｂ：第２発光層（緑色発光層）
５６Ｃ：第３発光層（青色発光層）
５８：陰極
Ｘ：データ線
Ｙ：走査線

Claims (10)

1. 送信データに基づいて変調された変調光を出射する照明用光源を備える送信装置であって、
   前記照明用光源は、陽極と、陰極と、前記陽極および前記陰極間に配置され、互いに異なるピーク波長で発光する３層の発光層とを含んで構成される有機エレクトロルミネッセンス素子を備え、
   該有機エレクトロルミネッセンス素子が、前記ピーク波長が長い前記発光層ほど前記陽極寄りに配置され、
   陽極側から陰極に向けて、ＨＯＭＯの絶対値に負号を付した値およびＬＵＭＯの絶対値に負号を付した値が順次高くなるように各発光層が配置されてなる、照明光通信システム用の送信装置。
2. 前記有機エレクトロルミネッセンス素子が、赤色の光を発光する発光層と、緑色の光を発光する発光層と、青色の光を発光する発光層とを含む請求項１に記載の送信装置。
3. 前記照明用光源は、それぞれの発光面積が１０^−８ｃｍ^２から１０^−１ｃｍ^２である複数の有機エレクトロルミネッセンス素子を備える、請求項１または２に記載の送信装置。
4. 前記照明用光源が、前記変調光を出射する通信用の有機エレクトロルミネッセンス素子と、非変調光を出射する照明用の有機エレクトロルミネッセンス素子とを備える請求項１から３のいずれか一項に記載の送信装置。
5. 前記通信用の有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層が、蛍光を発光する発光材料を用いて形成され、かつ前記照明用の有機エレクトロルミネッセンス素子の前記発光層が、リン光を発光する発光材料を用いて形成されてなる請求項４に記載の送信装置。
6. 前記発光層が、エネルギーを加えることによって架橋する成分を含有する材料で形成されてなる請求項１から５のいずれか一項に記載の送信装置。
7. 前記陽極と前記陰極との間に印加する電圧レベルを変化させたときの前記有機エレクトロルミネッセンス素子の出射光の色度座標における座標値ｘおよび座標値ｙそれぞれの変化の幅が、最大でも０．０５である請求項１から６のいずれか一項に記載の送信装置。
8. 前記有機エレクトロルミネッセンス素子に接続され、該有機エレクトロルミネッセンス素子の動作を制御する制御回路をさらに備える請求項１から７のいずれか一項に記載の送信装置。
9. 複数の有機エレクトロルミネッセンス素子を１つの構成単位とする素子群にグループ分けされた有機エレクトロルミネッセンス素子それぞれを、素子群ごとに駆動する駆動回路をさらに備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の送信装置。
10. 変調光を出射する照明用光源を備える請求項１から９のいずれか一項に記載の送信装置と、前記照明用光源から出射された前記変調光を受光して電気信号に変換し、該電気信号を復調して受信データを生成する受信装置とを具備する照明光通信システム。

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