JP5929123B2 - 有機ｅｌモジュール - Google Patents

Description

本発明は、有機ＥＬ（Organic Electro Luminescence）パネルを備える有機ＥＬモジュールに関する。

特開２００８−２５１２７６号公報（特許文献１）に開示されるように、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を備えるＬＥＤモジュールが知られている。その一方で、近年、有機ＥＬパネルを備える有機ＥＬモジュールが注目されている。

有機ＥＬパネルは、非常に薄い板ガラスまたは樹脂製の基板等を用いて製造されるため、可撓性を有する。有機ＥＬパネルは、その薄さによる省スペース化が図れるだけでなく、可撓性を活用して自由な形状で取り付けられることができるため、デザイン性の高い照明器具用途として期待されている。

さらに、有機ＥＬパネルはいわゆる面光源として機能し、発光面の全体が発光する。有機ＥＬパネルは、白熱灯若しくはＬＥＤのような点光源または蛍光灯のような線光源とは異なり、輝度を抑えた柔らかな光の演出をすることが可能であり、高品位な照明器具用途としても期待されている。

特開２００８−２５１２７６号公報

有機ＥＬパネルにおいては、面状に形成された有機層（発光部）の一部に欠陥が発生する場合がある。この場合、その欠陥部分に流れる電流が増加することによって、その欠陥部分が徐々に短絡に至るといった故障モードが発生することが多い。

本発明は、有機ＥＬパネルの有機層に発生した部分短絡を容易に検出することが可能な有機ＥＬモジュールを提供することを目的とする。

本発明に基づく有機ＥＬモジュールは、透明電極層、有機層および電極層を含み、給電されることによって発光する有機ＥＬパネルと、一つの上記有機層に対して一対複数の対応関係となるように上記透明電極層に設けられた複数の電圧検出部と、複数の上記電圧検出部の各々が設けられている上記透明電極層における異なる複数箇所の電圧値を検出するとともに、検出した複数の上記電圧値同士の差が所定の閾値以上であるか否かを判定する判定部と、を備える。

好ましくは、上記有機ＥＬパネルは、複数のうちの全部または一部の上記電圧検出部を通して給電される。好ましくは、上記透明電極層は、複数の上記電圧検出部が設けられる部分に対応するように複数の領域に分割されている。

好ましくは、本発明に基づく上記の有機ＥＬモジュールは、上記有機ＥＬパネルへの給電を制御する制御部をさらに備え、上記判定部によって複数の上記電圧値同士の差が上記所定の閾値以上であると判定された場合、上記制御部は上記有機ＥＬパネルへの給電を制御する。

本発明によれば、有機ＥＬパネルの有機層に発生した部分短絡を容易に検出することが可能な有機ＥＬモジュールを得ることができる。

参考技術における有機ＥＬモジュールを示す平面図である。 参考技術における有機ＥＬモジュールに備えられる有機ＥＬパネルを示す断面図であり、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。 参考技術における有機ＥＬモジュールが駆動されている際の様子を示す平面図である。 参考技術における有機ＥＬモジュールが駆動されている際の様子を示す断面図であり、図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿った矢視断面図である。 参考技術における有機ＥＬモジュール（部分短絡が発生しているもの）が駆動されている際の様子を示す平面図である。 参考技術における有機ＥＬモジュール（部分短絡が発生しているもの）が駆動されている際の様子を示す断面図であり、図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った矢視断面図である。 実施の形態１における有機ＥＬモジュール（部分短絡が発生しているもの）が駆動されている際の様子を示す平面図である。 実施の形態１における有機ＥＬモジュールに用いられるウィンドウコンパレーターの入出力特性を示す図である。 実施の形態２における有機ＥＬモジュール（部分短絡が発生しているもの）が駆動されている際の様子を示す平面図である。 実施の形態２における有機ＥＬモジュールに備えられる有機ＥＬパネルを示す断面図であり、図９中のＸ−Ｘ線に沿った矢視断面図である。

本発明に基づいた各実施の形態について説明する前に、本発明に関する参考技術について、以下、図面を参照しながら説明する。参考技術の説明において、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

［参考技術］
図１は、参考技術における有機ＥＬモジュール１００を示す平面図である。図２は、有機ＥＬモジュール１００に備えられる有機ＥＬパネル１０を示す断面図であり、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。図１に示すように、有機ＥＬモジュール１００は、有機ＥＬパネル１０、複数の給電部２１〜２４、および電源４０を備える。

（有機ＥＬパネル１０）
図２に示すように、有機ＥＬパネル１０は、透明基板１１（カバー層）、陽極１２（透明電極層）、有機層１３、陰極１４（金属電極層）、封止部材１５、発光面１６、および電極部１７，１８を含む。陽極１２、有機層１３、陰極１４、および封止部材１５は、透明基板１１の表面上に順次積層される。

透明基板１１は、たとえば各種のガラス基板から構成される。透明基板１１を構成する部材としては、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）またはポリカーボネイト等のフィルム基板が用いられてもよい。

陽極１２は、透明性を有する導電膜である。陽極１２を形成するためには、スパッタリング法等によって、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）等が透明基板１１上に成膜される。フォトリソグラフィ法等によりＩＴＯ膜が所定の形状にパターニングされることによって、陽極１２が形成される。

有機層１３は、電力が供給されることによって光（可視光）を生成することができる。有機層１３は、単層の発光層から構成されていてもよく、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、および電子輸送層などが順次積層されることによって構成されていてもよい。

陰極１４は、たとえばアルミニウム（ＡＬ）である。陰極１４は、真空蒸着法等によって有機層１３を覆うように形成される。陰極１４を所定の形状にパターニングするために、真空蒸着の際にはマスクが用いられるとよい。

封止部材１５は、絶縁性を有するガラス基板等から構成される。封止部材１５は、有機層１３等を水分等から保護するために設けられる。封止部材１５は、陽極１２、有機層１３、および陰極１４の略全体を透明基板１１上に封止する。

陽極１２の一部と陰極１４の一部とは、電気的な接続のために、封止部材１５から露出している。陽極１２の封止部材１５から露出している部分は、電極部１７を構成する。電極部１７と陽極１２とは互いに同じ材料で構成される。電極部１７は、有機ＥＬパネル１０の外周部に位置する。

陰極１４の封止部材１５から露出している部分は、電極部１８を構成する。電極部１８と陰極１４とは互いに同じ材料で構成される。電極部１８も、有機ＥＬパネル１０の外周部に位置する。電極部１７および電極部１８は、有機層１３を挟んで相互に反対側に位置している。発光面１６は、透明基板１１の下面（陽極１２等が積層される側とは反対側の面）に形成される。

（給電部２１〜２４・電源４０）
図１を再び参照して、電源４０の正極に配線の一端が接続され、その配線の他端は４つに分割されて、有機ＥＬパネル１０の電極部１７（陽極１２）に接続される。これらの４つの配線には、配線抵抗２１Ｒ，２２Ｒ，２３Ｒ，２４Ｒ（配線自身の電気抵抗）がそれぞれ設けられ、これらの４つの配線と電極部１７（陽極１２）とが相互に接続された部分が、給電部２１〜２４をそれぞれ構成している。

電源４０の負極にも他の配線の一端が接続され、その配線の他端は有機ＥＬパネル１０の電極部１８（陰極１４）に接続される。この配線と電極部１８（陰極１４）とが相互に接続された部分が、給電部２５を構成している。

（有機ＥＬモジュール１００の動作）
図３は、有機ＥＬモジュール１００が駆動されている様子を示す平面図である。図４は、有機ＥＬモジュール１００が駆動されている様子を示す断面図であり、図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿った矢視断面図である。

図３においては、説明上の便宜のため、封止部材１５が一点鎖線を用いて図示されるとともに、封止部材１５に封止されている陽極１２が実線を用いて透過的に図示される。同じく説明上の便宜のため、図３においては有機層１３および陰極１４は図示されていない。これらについては、後述する図５、図７、および図９においても同様である。

図３および図４に示すように、有機ＥＬモジュール１００が駆動される際、電源４０から給電部２１〜２４を通して陽極１２の全体に電流が供給される（図３および図４における矢印ＡＨ参照）。陽極１２に供給された電流は、有機層１３を通して陰極１４に流れる（図４における矢印ＡＬ参照）。

有機層１３に供給された電流により、有機層１３は活性化され、有機層１３には蛍光または燐光による発光現象が発生する。有機層１３において生成された光は、透明基板１１（発光面１６）側から外部に取り出される。

ここで、ＩＴＯなどから構成される陽極１２（透明電極層）は、一般的な金属に比べて抵抗率が高い。陽極１２に電流が供給されている際（有機層１３が発光している際）、抵抗による電圧降下が発生し、陽極１２内には電圧分布が生じる。この電圧分布は、電圧等圧線Ｌ１〜Ｌ８によって表される。

図３および図４に示すように、有機ＥＬパネル１０の有機層１３に部分短絡が発生していない場合には、陽極１２内においては一様な電圧分布が形成される。電圧等圧線Ｌ１〜Ｌ８は略平行な位置関係となり、給電部２１〜２４における電圧は略等しい値となる。

図５は、有機ＥＬモジュール１００（部分短絡が発生しているもの）が駆動されている様子を示す平面図である。図６は、有機ＥＬモジュール１００（部分短絡が発生しているもの）が駆動されている様子を示す断面図であり、図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った矢視断面図である。

図５および図６に示すように、有機ＥＬパネル１０の有機層１３に部分短絡が発生すると、陽極１２に供給された電流はその短絡部ＳＨに集中するように流れる。短絡部ＳＨにおける電圧降下の程度が大きくなり、電圧等圧線は、短絡部ＳＨを取り巻くように形成される。その結果、給電部２１〜２４における電圧値同士の間には、この電圧分布に応じた電圧差が発生する。

なお、電極部１７（陽極１２）に接続される４つの配線に配線抵抗２１Ｒ，２２Ｒ，２３Ｒ，２４Ｒが設けられない場合（存在していない場合）、理論上では給電部２１〜２４における電圧はすべて同じ値となるが、現実的には各配線には配線抵抗（配線自身の電気抵抗）が存在し、給電部２１〜２４における電圧値同士の間には、上記の電圧分布に応じた電圧差が発生する。本実施の形態においては、配線抵抗２１Ｒ，２２Ｒ，２３Ｒ，２４Ｒが各配線部材の電気抵抗に相当するが、配線抵抗２１Ｒ，２２Ｒ，２３Ｒ，２４Ｒの代わりに別の抵抗を直列接続して、有機ＥＬパネル１０に供給される電流を一定の値以下に制御する制限抵抗を構成してもよい。

短絡部ＳＨが形成された状態で有機層１３に電流が供給され続けると、短絡部ＳＨに電流が集中することにより、有機層１３の温度が次第に上昇する。有機層１３は、短絡部ＳＨを中心として劣化するとともに、劣化に伴って短絡部ＳＨにはさらに大きな電流が流れる。有機ＥＬパネル１０としては、故障した状態となり、交換または修理される必要が生じる。

［実施の形態］
本発明に基づいた各実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。各実施の形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。各実施の形態の説明において、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

［実施の形態１］
図７は、本実施の形態における有機ＥＬモジュール２００を示す平面図である。図７においては、有機ＥＬモジュール２００に備えられる有機ＥＬパネル１０の有機層１３に、短絡部ＳＨが形成されている状態が示される。

有機ＥＬモジュール２００は、有機ＥＬパネル１０、複数の給電部２１〜２４（電圧検出部）、判定部３０、および電源４０を備える。有機ＥＬパネル１０は、上述の参考技術における有機ＥＬパネル１０（図２等参照）と略同様に構成される。

有機ＥＬモジュール２００においては、給電部２１〜２４の各々における陽極１２（透明電極層）の電圧値を検出するとともに、検出した複数の電圧値同士の差が所定の閾値以上であるか否かを判定する判定部３０が用いられる。本実施の形態においては、判定部３０の出力が、フリップフロップ３５を通してスイッチ素子３６に接続される。スイッチ素子３６は、たとえばＦＥＴ（Field Effect Transistor）から構成され、フリップフロップ３５からの出力はＦＥＴのゲート電圧に入力される。

本実施の形態における判定部３０は、一例として、コンパレーター３１，３２，３３（ウィンドウコンパレーター）およびＯＲゲート３４から構成される。

給電部２１は、コンパレーター３１の一方の入力端子（反転入力端子）に接続される。給電部２２は、コンパレーター３１の他方の入力端子（非反転入力端子）およびコンパレーター３２の一方の入力端子（反転入力端子）に接続される。給電部２３は、コンパレーター３２の他方の入力端子（非反転入力端子）およびコンパレーター３３の一方の入力端子（反転入力端子）に接続される。給電部２４は、コンパレーター３３の他方の入力端子（非反転入力端子）に接続される。

図８に示すように、コンパレーター３１，３２，３３は、電圧差が−Ｖｔｈ＜Ｖｉｎ（＋）−Ｖｉｎ（−）＜＋Ｖｔｈの場合はＶＬ（ローレベル）を出力し、Ｖｉｎ（＋）−Ｖｉｎ（−）≦−Ｖｔｈまたは＋Ｖｔｈ≦Ｖｉｎ（＋）−Ｖｉｎ（−）の場合はＶＨ（ハイレベル）を出力する。このＶｔｈは、判定に用いられる所定の閾値である。この閾値は、有機ＥＬパネル１０が正常な状態である場合には異常として検出されず、有機層１３に短絡部ＳＨが発生した場合など、有機ＥＬパネル１０が正常でない状態である場合には異常として検出されるような適切な値が予め実験などに基づき設定される。

コンパレーター３１，３２，３３の出力端子はＯＲゲート３４の入力端子にそれぞれ接続され、コンパレーター３１，３２，３３の出力は、ＯＲゲート３４によって論理和を演算される。ＯＲゲート３４の出力は、判定部３０としての出力を構成している。

以上のように構成される判定部３０は、コンパレーター３１，３２，３３を用いて給電部２１〜２４の各々における陽極１２（透明電極層）の電圧値を検出するとともに、検出した複数の電圧値同士の差が所定の閾値以上であるか否かを判定する。

上述のように、有機ＥＬパネル１０の有機層１３に部分短絡が発生すると、陽極１２に供給された電流はその短絡部ＳＨに集中するように流れる。短絡部ＳＨにおける電圧降下の程度が大きくなり、電圧等圧線は、短絡部ＳＨを取り巻くように形成される。その結果、給電部２１〜２４における電圧値同士の間には、この電圧分布に応じた電圧差が発生する。

コンパレーター３１，３２，３３のうちのいずれか１つが閾値以上であると判定された場合、ＯＲゲート３４からの論理和出力がフリップフロップ３５等によりラッチされ、その出力は、スイッチ素子３６としてのＦＥＴ（Field Effect Transistor）のゲート電圧に入力される。スイッチ素子３６は、フリップフロップ３５からの信号を受けて電源４０と有機ＥＬパネル１０との間の電気接続を遮断する。すなわち、本実施の形態においては、フリップフロップ３５およびスイッチ素子３６によって、有機ＥＬパネル１０への給電を制御する制御部が構成される。

有機ＥＬモジュール２００によれば、給電部２１〜２４（電圧検出部）における陽極１２の電圧値を判定部３０を用いて容易に検出することができるとともに、短絡部ＳＨ（部分短絡）が発生したことにより複数の電圧値同士の差が所定の閾値以上に達していると判定部３０が判定した場合には、電源４０と有機ＥＬパネル１０との間の電気接続を遮断することもできる。電源４０と有機ＥＬパネル１０との間の電気接続が遮断された状態においては、もはや短絡部ＳＨには電流が供給されないため、有機ＥＬモジュール２００によれば、部分短絡の発生に起因する高温の発生を防止することも可能となる。

複数の電圧値同士の差が所定の閾値以上に達していると判定部３０が判定した場合、電源４０と有機ＥＬパネル１０との間の電気接続を遮断するという制御の他にも、たとえば、有機ＥＬパネル１０への電流の供給量を減らしたり、故障（若しくは故障と思われる現象）が発生している旨または交換をうながす旨などを表示手段に表示したり、故障（若しくは故障と思われる現象）が発生している旨を報知手段によって報知したりしてもよい。

本実施の形態においては、電源４０と電極部１７とが接続された部分である給電部２１〜２４を用いて、陽極１２の各所の電圧値が検出される。すなわち、本実施の形態においては、電極部１７に給電を行なう給電部２１〜２４の全部によって、陽極１２の各所の電圧値を検出する電圧検出部が構成され、配線の簡素化と装置の小型化とが実現可能となっている。この態様の他にも、電極部１７に給電を行なう給電部２１〜２４のうちの一部によって、陽極１２の各所の電圧値を検出する電圧検出部が構成されてもよく、給電部２１〜２４とは別の回路として判定部３０に接続された電圧検出部が電極部１７上に別途設けられてもよい。

本実施の形態においては、フリップフロップ３５およびスイッチ素子３６（ＦＥＴ）によって、有機ＥＬパネル１０への給電が制御される。電源投入時の過渡状態で判定部３０が誤検出しないように、ラッチ回路の初期化とタイミング制御するような構成も有効である。

また、電圧を検出する回路および電流の供給量を制限する回路としては、本実施の形態のような回路素子による構成だけでなく、たとえばＦＥＴのゲートのＯＮ／ＯＦＦ電圧を直接的に検出電圧として利用したり、電流制御のためには半導体スイッチ以外にも、たとえば溶断ヒューズ、ポリスイッチ、または機械リレーなど多様な素子が用いられたりしてもよい。

［実施の形態２］
図９は、本実施の形態における有機ＥＬモジュール３００を示す平面図である。図１０は、有機ＥＬモジュール３００に備えられる有機ＥＬパネル１０Ａを示す断面図であり、図９中のＸ−Ｘ線に沿った矢視断面図である。図９においては、有機ＥＬモジュール３００に備えられる有機ＥＬパネル１０Ａの有機層１３に、短絡部ＳＨが形成されている状態が示される。

有機ＥＬモジュール３００の有機ＥＬパネル１０Ａにおいては、陽極（透明電極層）が、陽極１２Ａ〜１２Ｄの４つの領域に分割される。陽極１２Ａの封止部材１５から露出している部分に電極部１７Ａが構成され、陽極１２Ｂの封止部材１５から露出している部分に電極部１７Ｂが構成され、陽極１２Ｃの封止部材１５から露出している部分に電極部１７Ｃが構成され、陽極１２Ｄの封止部材１５から露出している部分に電極部１７Ｄが構成される。電極部１７Ａ〜１７Ｄは、給電部２１〜２４（電圧検出部）が設けられる部分にそれぞれ一対一で対応している。

有機ＥＬパネル１０Ａの有機層１３に部分短絡が発生すると、陽極１２に供給された電流はその短絡部ＳＨに集中するように流れる。図９に示すように、陽極１２Ｂが設けられている領域内に短絡部ＳＨが形成された場合、陽極１２Ｂに電流が集中して流れ、陽極１２Ａ，１２Ｃ，１２Ｄに流れる電流は減少する。

その結果、陽極１２Ａ，１２Ｃ，１２Ｄは陽極１２Ｂに比べて電圧降下が小さくなり、上述の実施の形態１の場合に比べて、給電部２１〜２４同士の間における電圧差が大きくなる。有機ＥＬモジュール３００によれば、部分短絡の検出感度を高めることができるため、有機ＥＬパネル１０Ａの有機層１３に発生した部分短絡をより容易に検出することが可能となる。

以上、本発明に基づいた各実施の形態について説明したが、今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，１０Ａ 有機ＥＬパネル、１１ 透明基板、１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ 陽極（透明電極層）、１３ 有機層、１４ 陰極、１５ 封止部材、１６ 発光面、１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１８ 電極部、２１，２２，２３，２４，２５ 給電部、２１Ｒ，２２Ｒ，２３Ｒ，２４Ｒ 配線抵抗、３０ 判定部、３１，３２，３３ コンパレーター（ウィンドウコンパレーター）、３４ ＯＲゲート、３５ フリップフロップ、３６ スイッチ素子、４０ 電源、１００，２００，３００ 有機ＥＬモジュール、ＡＨ，ＡＬ 矢印、Ｌ１〜Ｌ８ 電圧等圧線、ＳＨ 短絡部。

Claims (4)

1. 透明電極層、有機層および電極層を含み、給電されることによって発光する有機ＥＬパネルと、
   一つの前記有機層に対して一対複数の対応関係となるように前記透明電極層に設けられた複数の電圧検出部と、
   複数の前記電圧検出部の各々が設けられている前記透明電極層における異なる複数箇所の電圧値を検出するとともに、検出した複数の前記電圧値同士の差が所定の閾値以上であるか否かを判定する判定部と、を備える、
   有機ＥＬモジュール。
2. 前記有機ＥＬパネルは、複数のうちの全部または一部の前記電圧検出部を通して給電される、
   請求項１に記載の有機ＥＬモジュール。
3. 前記透明電極層は、複数の前記電圧検出部が設けられる部分に対応するように複数の領域に分割されている、
   請求項１または２に記載の有機ＥＬモジュール。
4. 前記有機ＥＬパネルへの給電を制御する制御部をさらに備え、
   前記判定部によって複数の前記電圧値同士の差が前記所定の閾値以上であると判定された場合、前記制御部は前記有機ＥＬパネルへの給電を制御する、
   請求項１から３のいずれかに記載の有機ＥＬモジュール。

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