JP5565259B2

JP5565259B2 - 照明装置

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Publication number: JP5565259B2
Application number: JP2010232256A
Authority: JP
Inventors: 孝明林
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: JP2012089240A

Description

本発明は、光源として有機ＥＬ（Electro Luminescence）などの固体光源を用いた照明装置に関する。

自発光性を有する有機ＥＬは、バックライトなどの別光源を必要とする液晶表示装置よりも、簡便な構成とすることができるため、表示装置への適用が進められている。
また、自発光性であることを活かして、室内照明用などの照明装置の光源（発光層）としての用途も提案されている。

例えば、特許文献１には、有機ＥＬ層を光源とした照明装置が開示されている。図５（ａ）は当該照明装置に用いられている有機ＥＬ層を備えた照明パネルの正面図であり、（ｂ）は（ａ）のｆ−ｆ断面における側断面図を示している。
この照明パネル９０は、素子基板７１と封止基板７８との間に、有機ＥＬ層を含む機能層６７を挟持した構成となっており、素子基板７１の背面７１ａから有機ＥＬ層が放つ光を出射するボトムエミッション型のパネル構成となっていた。
また、当該文献によれば、封止基板７８の略全面に形成された反射性の陰極電極７９に対して、有機ＥＬ層を介して対となる陽極電極６６ａ〜６６ｃを環状に区画したことにより、陽極電極をベタ状に形成した場合に比べて、輝度ムラを低減することができるとしている。

特開２００７−１７３５２０号公報

しかしながら、特許文献１に代表される従来の照明装置（照明パネル９０）では、発熱によって、有機ＥＬ層の発光材料が劣化してしまうという課題があった。
詳しくは、機能層６７（有機ＥＬ層）の発光にともなって発生する熱は、照明パネル９０の周縁部、素子基板７１の背面７１ａ、および封止基板７８の表面などの外気や、外部構造体に接する部分から放熱されるが、十分な放熱効果が得られるとは言い難かった。特に、パネル中央部分（陽極電極６６ａ周辺）では、熱の逃げ場が乏しいため、熱がこもり易く、発光材料の許容温度を超えた温度となってしまうことがあり、これが、発光材料の劣化を招いていた。
また、この現象は、照明パネル９０のサイズが大きくなるほど、また、点灯時間が長くなるほど顕著となることが解っている。
つまり、従来の照明装置では、発光材料が劣化してしまうため、所期の発光寿命を確保することが困難であるという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例に係る照明装置は、基板と、基板上に形成された発光層を含む機能層と、を少なくとも備え、平面的に機能層が形成された発光領域内に、基板を貫通する開口部が形成されていることを特徴とする。

本適用例によれば、発光領域内に、基板を貫通する開口部が形成されているため、当該開口部からの放熱により、従来の照明装置（パネル）よりも、放熱効果を高めることができる。
よって、発光層に用いられている発光材料の劣化を抑制（低減）することができる。
従って、所期の発光寿命を確保した照明装置を提供することができる。

［適用例２］
本適用例に係る照明装置によれば、開口部は、発光領域における中央を含んだ部分に形成されていることが好ましい。

本適用例によれば、熱がこもり易い中央部近傍に開口部が形成されているため、高温になり易い領域を効果的に放熱することができる。
従って、より効果的に発光材料の劣化を低減することができる。

［適用例３］
本適用例に係る照明装置によれば、開口部が複数形成されていることが好ましい。

本適用例によれば、複数の熱がこもり易い部分に選択的に開口部を形成しておくことが可能となるため、より効率的な放熱を行なうことができる。例えば、対角２０インチ以上の大型の照明パネルに好適である。

［適用例４］
本適用例に係る照明装置によれば、発光層は、有機ＥＬ層であり、機能層を覆う無機材料からなる封止層をさらに備えることが好ましい。

実施形態１に係る照明装置の平面図。図１のＰ−Ｐ断面における側断面図。図２におけるＱ部の拡大図。実施形態２に係る照明装置の平面図。（ａ）；従来の照明パネルの正面図、（ｂ）；（ａ）のｆ−ｆ断面における側断面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る照明装置の平面図であり、図５（ａ）に対応している。図２は、図１のＰ−Ｐ断面における側断面図であり、図５（ｂ）に対応している。
まず、実施形態１に係る照明装置１１０の概略構成について、図１，２を用いて説明する。

「照明装置の概要」
照明装置１１０は、照明パネル１００、電源部２５、調光部２０などから構成されている。照明パネル１００は、素子基板１と封止基板１８との間に、有機ＥＬ層を含む機能層１７を挟持した構成となっており、素子基板１の背面１ａから有機ＥＬ層が放つ略白色光を出射するボトムエミッション型のパネル構成を採用している。
ここで、照明パネル１００には、その略中央に開口部１４（貫通穴）が形成されている。この特徴ある構成により、従来の照明装置よりも優れた放熱性を実現している。
以下、開口部１４を含む照明パネル１００の構成を詳細に説明する。

「照明パネルの平面構成」
図１に示すように、照明パネル１００の外形は、横長の略長方形をなしている。なお、図１を含む各図においては、横長の長方形における横方向をＸ軸方向とし、横方向よりも短い縦方向をＹ軸方向と定義している。また、以下、開口部１４を基点として、Ｙ軸（＋）側を上側、（−）側を下側とし、Ｘ軸（＋）側を右側、（−）側を左側として説明する。
照明パネル１００は、その外形を規定する横長の長方形の素子基板１と、当該素子基板１よりも一回り小さい封止基板１８とから構成されている。このため、封止基板１８の周囲には、素子基板１の各辺が封止基板１８から張出した張出し領域が形成されている。
照明パネル１００の上側の一辺（上辺）における張出し領域には、複数の陽極電極に電力を供給するための複数の端子３０〜３２が形成されている。また、下辺における張出し領域には、陰極電極に電力を供給するための端子３５が形成されている。

基板としての素子基板１は、矩形の平板状の部材であり、有機ＥＬ層で発光する光の波長に対して透明な材料、例えば透明な無機ガラス等で構成される。なお、本実施形態では、好適例として無アルカリガラスを用いている。
ここで、素子基板１の略中央部が開口部１４になっており、その外周には、複数の陽極電極６ａ〜６ｃが一定の間隙を空けて環状に形成されている。
最内周に形成された陽極電極６ａは、開口部１４よりも一回り大きな開口が形成された中空の矩形をなしている。また、陽極電極６ａには、その上辺から端子３０に伸びる配線が接続されている。
陽極電極６ｂは、配線を含む陽極電極６ａの外周から一定の間隙を空けて、陽極電極６ａの形状に沿って形成された環状配線である。また、その両端は、それぞれが端子３１ａに接続されている。

最外周に形成された陽極電極６ｃは、陽極電極６ｂの外周から一定の間隙を空けて、陽極電極６ｂの形状に沿って形成された環状配線である。また、その両端は、それぞれが端子３２ｂに接続されている。
ここで、本実施形態では、陽極電極６ｃの最外形で規定される横長の長方形領域を発光領域７としている。なお、発光領域７は、平面的に機能層１７が形成されている領域と略同等のサイズである。
なお、本実施形態では、好適例として環状の陽極電極の数を３個（分割）としているが、これに限定するものではなく、その数は、任意であり、照明パネル１００のサイズや、発光量等を考慮して、適宜、設定すれば良い。
また、陰極電極９は、平面的に陽極電極６ｃ（発光領域７）よりも一回り大きな反射電極であり、その下辺と端子３５とが電気的に接続されている。

「照明パネルの断面構成」
図３は、図２におけるＱ部の拡大図である。
続いて、図２，３を用いて、照明パネルの断面構成について詳細に説明する。
図２に示すように、照明パネル１００は、素子基板１上に形成（積層）された、陽極電極６、機能層１７、充填材１３、封止基板１８などから構成されている。
陽極電極６は、素子基板１上に形成された透明電極であり、好適例として、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いている。なお、導電性の透明電極であれば良く、例えば、ＺｎＯ（Zinc oxide）を用いても良い。

図３に示すように、機能層１７は、発光層としての有機ＥＬ層８、陰極電極９、電極保護層１０、緩衝層１１、封止層としてのガスバリア層１２などから構成されている。
有機ＥＬ層８は、陽極電極６ａを覆って形成されている。また、図３においては実線で示すように一層の構成としているが、実際は破線で示すように、それぞれが有機物の薄膜からなる正孔輸送層、発光層、電子注入層などから構成されており、陽極電極６ａ上にこの順番に積層されている。

正孔輸送層は、芳香族ジアミン（ＴＰＡＢ２Ｍｅ−ＴＰＤ，α−ＮＰＤ）などの昇華性の材料から構成されている。
発光層は、好適例として、赤色発光層、緑色発光層、青色発光層を含む多層構成となっている。なお、この構成に限定するものではなく、略白色光を合成可能な複数の発光層を含む積層構造および材料であれば良い。
例えば、オレンジ色発光層と青色発光層との２層を含む積層構造であっても良いし、発光層間に中間層を介在させた構成であっても良い。または、各発光層間に中間電荷発生層を挟んで配置した構成、いわゆるタンデム型有機ＥＬ層構成であっても良い。
電子注入層は、ＬｉＦ（フッ化リチウム）などから構成されている。
また、有機ＥＬ層８を構成する各層は、好適例として、真空蒸着法などの蒸着法を用いて、昇華性の材料を積層して形成されている。なお、この方法に限定するものではなく、例えば、高分子材料をインクジェット方式で塗布して発光層を形成する塗布法を用いても良い。
また、有機ＥＬに限定するものではなく、陽極電極６と陰極電極９との間に形成可能な固体光源（発光層）であれば良く、例えば、無機ＥＬや、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いても良い。

陰極電極９は、有機ＥＬ層８を覆って形成された反射性を有する金属からなる金属層である。本実施形態では、導電率、反射率及びコスト等の観点から、好適例としてアルミニウムを用いている。なお、アルミニウムに限定するものではなく、アルミリチウム（Ａｌ：Ｌｉ）や、マグネシウム銀（Ｍｇ：Ａｇ）などの合金を用いても良い。また、その端部の一部は素子基板１に面しており、前述したように、端子３５と接続されている。
電極保護層１０は、ＳｉＯ₂や、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯｘＮｙなどの透明、かつ、高密度で、水分を遮断する機能を有する材質から構成されている。
緩衝層１１は、熱硬化性のエポキシ樹脂などの透明な有機緩衝層である。
ガスバリア層１２は、ＳｉＯ₂や、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯｘＮｙなどの透明、かつ、高密度で、水分を遮断する機能を有する無機材料からなる封止層であり、有機ＥＬ層８への水分の浸入を防止する機能を担う。
充填材１３は、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂などからなる透明な接着層であり、ガスバリア層１２と封止基板１８との間を充填するとともに、両者を接着する。また、外部から、有機ＥＬ層８への水分の浸入を防ぐ機能も果たす。

封止基板１８は、好適例として素子基板１と同様な無機ガラスを用いている。また、透明性は要求されないため、金属製の基板を用いても良い。
なお、本実施形態では、ガスバリア性（特に、水分）を高めるために、ガスバリア層１２を形成した上で、さらに、封止基板１８で密閉する構成を採用しているが、封止基板１８を省いた構成であっても良い。換言すれば、２枚のガラス基板を用いた構成に限定するものではなく、ガラス基板（素子基板１）１枚のみの構成としても良い。この場合、封止基板１８は設けずに、陰極電極９、およびガスバリア層１２の厚さを封止基板１８を用いる場合よりも、厚くしたり、ガスバリア層を２重に形成することにより、２枚のガラス基板を用いた場合と同等なガスバリア性を確保することができる。

また、封止基板１８と素子基板１とは、開口部１４の周囲に沿って形成（塗布）されたシール剤１５ｂによって接着および封止されている。シール剤１５としては、エポキシ系の接着剤や、紫外線硬化樹脂などを用いる。なお、図２に示すように、照明パネル１００の外周においても、封止基板１８と素子基板１とは、封止基板１８の外形に沿って形成（塗布）されたシール剤１５ａによって接着および封止されている。

なお、照明パネル１００の構成は、ボトムエミッション型に限定するものではなく、トップエミッション型であっても良い。トップエミッション型とする場合には、封止基板１８側から照明光が出射されるため、パネルの天地を反転させる必要がある。
また、陽極電極６の下層（素子基板１側）に反射層を設けるとともに、陰極電極９を構成する金属層の厚さを光透過性が得られるまで薄くする。

「開口部の形成方法」
続いて、図２を用いて、開口部１４の形成方法について説明する。
開口部１４の形成方法としては、エッチング法、またはレーザーを用いる方法が好適である。または、これらを併用しても良い。
エッチング法の場合、照明パネル１００の開口部１４以外の部分を、レジストやマスキングテープでマスキングした状態で、フッ酸（フッ化水素酸）をエッチング溶液（水溶液）として用いてエッチングする。好適例としては、フッ酸の濃度を１０〜５０ｗｔ％範囲内とし、２５℃を中心値として、２０±１０℃の範囲内で温度管理された状態でエッチングを行なう。

また、レーザー法の場合、炭酸ガスレーザー（ＣＯ₂）光を開口部１４の形状に沿って照射することによって、素子基板１および封止基板１８を切断する。好適例としては、まず、薄い封止基板１８側にレーザー照射して開口部を形成した後、照明パネル１００を裏返して素子基板１側にレーザー照射することにより、開口部１４を貫通させる。レーザー照射の条件は、基板の厚さや使用するレーザー照射装置の性能によって異なる。レーザー照射装置は、連続発振、パルス発振などの照射条件や、照射強度などを設定可能な装置が好ましい。
また、レーザー照射の前処理として、予め各基板の表面に開口部１４の形状に沿ってスクライブライン（割断ガイド溝）を形成しておくことが好ましい。スクライブラインの幅および深さは、基板の厚さに応じて、数μｍから１００μｍの範囲内で定め、好適には、フォトリソ法を用いて形成する。なお、機械加工によって形成しても良い。

また、ここまで、照明パネル１００が略完成した状態で、開口部１４を形成する場合について説明したが、このタイミングに限定するものではない。
例えば、素子基板１および封止基板１８が単品の状態で、開口部１４を形成しておいても良い。または、製造工程において、複数の照明パネル１００が略完成した状態で面付けされた大判基板（パネル）の状態（単品パネルへの切分け前段階）で、開口部１４を形成しても良い。

「照明パネルの駆動方法」
続いて、図１を用いて、照明パネル１００の駆動方法について説明する。
照明パネル１００には、電源部２５、および調光部２０から駆動電力が供給される。
電源部２５は、直流電源である。照明装置１１０は、住居や、会社などにおける室内照明用途を想定しているため、好適例として、安定化電源を用いている。詳しくは、交流電源を電源とし、整流回路、平滑コンデンサー、およびシリーズレギュレータやスイッチングレギュレータを用いた安定化電源回路を備えた安定化電源を用いている。

調光部２０は、３つのスイッチＳ１〜Ｓ３、制御部２１などから構成されている。
スイッチＳ１は、端子３０へのプラス電位の供給をオン／オフするスイッチであり、陽極電極６ａに重なる有機ＥＬ層８の点灯／消灯を行なう。
スイッチＳ２は、２ヶ所の端子３１ａへのプラス電位の供給をオン／オフするスイッチであり、陽極電極６ｂに重なる有機ＥＬ層８の点灯／消灯を行なう。
スイッチＳ３は、端子３２ｂへのプラス電位の供給をオン／オフするスイッチであり、陽極電極６ｃに重なる有機ＥＬ層８の点灯／消灯を行なう。スイッチＳ１〜Ｓ３は、好適例として、ＭＯＳトランジスターや、バイポーラトランジスターなどを用いたアナログスイッチを用いている。
制御部２１は、スイッチＳ１〜Ｓ３のオン／オフをそれぞれ制御する制御回路であり、好適例としては、ＭＣＵ（Micro Control Unit）を用いている。

以上述べたように、本実施形態に係る照明装置１１０によれば、以下の効果を得ることができる。
発光領域７内に、照明パネル１００を貫通する開口部１４が形成されているため、開口部１４からの放熱により、従来の照明装置（パネル）よりも、放熱効果を高めることができる。
さらに、熱がこもり易い中央部近傍に開口部１４が形成されているため、高温になり易い領域を効果的に放熱することができる。
よって、発光層（有機ＥＬ層８）に用いられている発光材料の劣化を効果的に抑制（低減）することができる。
従って、所期の発光寿命を確保した照明装置１１０を提供することができる。

また、照明パネル１００をガラス基板（素子基板１）１枚のみの構成とした場合には、封止基板１８の加工が不要となるため、２枚の基板を用いた構成よりも、開口部１４を容易に形成することができる。また、２つの基板を接合する必要もなくなるため、シール剤１５も不要となり、部材（封止基板１８、およびシール剤１５）および工数を低減することができる。

（実施形態２）
図４は、実施形態２に係る照明装置の平面図であり、図１に対応している。
本実施形態に係る照明装置２１０について、図４を参照して説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。

「照明装置の概要」
照明装置２１０は、照明パネル２００、電源部２５などから構成されている。
本実施形態の照明装置２１０では、実施形態１の調光部２０は省かれている。
また、照明パネル２００の外形が略円形となっていること、および発光領域４７の略中心に形成された開口部２４を含む開口部が５ヶ所形成されていることなどが実施形態１の照明パネル１００と異なる。
以下、実施形態１との相違点を中心に説明する。

照明パネル２００は、その外形を規定する略円形の素子基板４１と、素子基板４１よりも一回り小さい封止基板４８とから構成されている。このため、封止基板４８の周囲には、素子基板４１の外形が封止基板４８から張出した張出し領域が形成されている。
張出し領域には、開口部２４の中心を基準として、左上側に端子３３ａ、右上側に端子３３ｂ、右下側に端子３３ｃ、左下側に端子３３ｄの４つの端子が形成されている。４つの端子３３ａ〜３３ｄは、開口部２４の中心を基準として、略９０°置きに配置されている。４つの端子３３ａ〜３３ｄは、それぞれが電源部２５のプラス端子に接続されている。

ここで、４つの端子３３ａ〜３３ｄは、１つの陽極電極４６に接続されている。本実施形態では、陽極電極を分割しておらず、素子基板４１上には、１つの陽極電極４６のみが形成されている。このため、調光部２０（図１）は省かれている。
陽極電極４６は、平面的に、素子基板４１上の封止基板４８と重なる部分における５つの開口部を除いた略全域に形成されている。また、陽極電極４６の外形（円形）が発光領域４７となっている。
陰極電極４９は、陽極電極４６よりも一回り大きいサイズで、陽極電極４６を覆うように形成されている。陰極電極４９の下側には、電源部２５のマイナス端子と接続される端子３５が形成されている。

開口部２４は、略円形であり、発光領域４７の略中心に形成されている。換言すれば、発光領域４７における中央を含んだ部分に形成されている。４つの開口部４４ａ〜４４ｄは、開口部２４と発光領域４７の外形との間における略中ほどの同心円に沿って形成されている。
ここで、各開口部の間には、間隙ｇが形成されている。間隙ｇの寸法は、当該間に形成されるＩＴＯからなる陽極電極４６の導電（配線）抵抗を考慮した寸法設定となっている。
詳しくは、照明パネル２００を点灯した際に、開口部４４ａ〜４４ｄの内側領域において所期の輝度が得られる寸法設定となっている。換言すれば、開口部４４ａ〜４４ｄの内側領域と外側領域とで、電圧降下による大きな輝度差が生じない寸法（配線幅）設定としている。

また、封止基板４８と素子基板４１とは、開口部２４の周囲に沿って形成（塗布）されたシール剤４５ｂによって接着および封止されている。また、４つの開口部４４ａ〜４４ｄについても、同様である。シール剤４５としては、エポキシ系の接着剤や、紫外線硬化樹脂などを用いる。
なお、照明パネル２００の外周においても、封止基板４８と素子基板４１とは、封止基板４８の外形に沿って形成（塗布）されたシール剤４５ａによって接着および封止されている。

照明パネル２００の構成は、上述した構成を除いて実施形態１の照明パネル１００と同様である。本実施形態では、素子基板、封止基板、開口部、陽極電極、陰極電極、表示領域などの附番を、平面形状が異なるため実施形態１での附番と変えているが、図２、および図３の断面図において、各部の番号を該当する部位に読み変えることができる。換言すれば、照明パネル２００の断面構造、および製造方法は、実施形態１の照明パネル１００での説明と同様である。

以上述べたように、本実施形態に係る照明装置２１０によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
照明パネル２００によれば、発光領域４７の略中心に形成された開口部２４に加えて、開口部２４と発光領域４７の外形との間における略中ほどにも、４つの開口部４４ａ〜４４ｄが形成されている。
これにより、点灯時に最も熱がこもり易い発光領域４７の中心部に加えて、その次ぎに熱がこもり易い領域にも、開口部が形成されているため、より効率的な放熱を行なうことができる。
よって、発光層（有機ＥＬ層８）に用いられている発光材料の劣化を効果的に抑制（低減）することができる。
従って、所期の発光寿命を確保した照明装置２１０を提供することができる。

さらに、中心の開口部２４を囲んで、４つの開口部４４ａ〜４４ｄが配置される態様のため、４つの開口部がデザイン的なアクセントとなり、商品性を高めることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例）
図４を用いて説明する。
上記実施形態２では、開口部２４を含む開口部が５ヶ所設けられる構成であるものとして説明したが、この構成に限定するものではなく、点灯時に熱がこもり易い部位に選択的に配置すれば良い。また、開口部の数も、１つ以上であれば、いくつ形成しても良い。
また、前述したように、開口部がデザイン的なアクセントとなるため、デザイン的な観点のみを目的とした開口部を設けても良い。

１，４１…基板としての素子基板、８…発光層としての有機ＥＬ層、１２…封止層としてのガスバリア層、１７…機能層、１４，２４，４４…開口部、７，４７…発光領域。

Claims

基板と、
前記基板上に形成された発光層を含む機能層と、を少なくとも備え、
平面的に前記機能層が形成された発光領域内に、前記基板を貫通する開口部が形成されている照明装置であって、
前記発光層は、有機ＥＬ層であり、
前記機能層を覆う無機材料からなる封止層を備え、
前記開口部は前記発光領域の中心から同心円に沿って形成され、前記開口部の間には間隙が形成されていることを特徴とする照明装置。
前記開口部は、前記発光領域における中央を含んだ部分に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記開口部が複数形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
封止基板をさらに備え、
前記基板と前記封止基板は、前記開口部の周囲に沿って形成されたシール材により接着及び封止されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明装置。