JP5986214B2 - 無機ｅｌ素子を有する発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、無機ＥＬ素子を有する発光装置に関する。

無機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ：Electroluminescent）素子は長寿命であって、省電力であり、高効率であるところから表示装置や次世代の面発光装置として脚光を浴びている。

無機ＥＬ素子を発光させるため、容量性負荷である無機ＥＬ素子にインダクタを直列に接続してＬＣ共振回路を構成することが一般的に採用される（特許文献１参照。）。

特許第４８４５３９９号公報

無機ＥＬ素子は電圧駆動型のデバイスであり、通常実効値１００〜２００Ｖの交流で駆動される。実効値１００Ｖを超えるような高い電圧を発生させる回路は高耐圧の部品で構成する必要があり、高価かつ大型のものとなりがちである。そのため、無機ＥＬ素子にインダクタ（インダクタンスＬ）を直列に接続し、無機ＥＬ素子の容量Ｃとインダクタで共振回路を構成することで、駆動回路の出力電圧よりも高い電圧を無機ＥＬ素子に印加することが行われる。このとき、駆動周波数は上記のＬＣ共振回路の共振周波数と一致させることで、駆動回路の出力電圧は低く保ったまた無機ＥＬ素子に印加される電圧を最大にしている。

ＬＣ共振回路の共振周波数（ｆ）は、負荷（Ｃ）とインダクタンス（Ｌ）を用いて、ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））で与えられる。周波数（ｆ）が高すぎると、容量性負荷である無機ＥＬ素子に流れる電流が増加し消費電力が大きくなる他、寿命が短くなるなどの悪影響が生じる。周波数（ｆ）を一定値以下にするためには、負荷（Ｃ）は決まっているので、ある程度の大きさのインダクタンス（Ｌ）が必要になる。

インダクタには、通常フェライトなどのコアを用いるが、フェライトコアは重くかつ大きい。そのため、インダクタは、無機ＥＬ素子から物理的に切り離されたボックス状の駆動部に組込まれる。この結果、駆動部が大型重量化し、取り扱いが不便になる問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、容量性負荷である無機ＥＬ素子と直列に接続されるインダクタを、駆動部から物理的に切り離して無機ＥＬ素子と一体に組み付けてＬＣ共振回路を構成することにより、駆動部を小型軽量化することを目的とする。

発光装置は、無機ＥＬ素子、インダクタ、および電流源を備える。無機ＥＬ素子は主面側に発光面が形成される。無機ＥＬ素子の裏面側は非発光面となる。インダクタは無機ＥＬ素子に直列に接続される。インダクタは、無機ＥＬ素子１の外形サイズと同程度の空芯コイルで構成される。電流源は、直列に接続された無機ＥＬ素子とインダクタとに電流を供給するものである。無機ＥＬ素子は容量性負荷である。したがって、上記のように接続される無機ＥＬ素子、インダクタ、および電流源はＬＣ共振回路を構成することになる。

インダクタは、空芯コイルゆえに巻線自体は大きくなるが、無機ＥＬ素子のサイズを超えることはない。また、空芯コイルはコアを用いないのでインダクタの軽量化が可能である。したがって、インダクタ（空芯コイル）を無機ＥＬ素子の非発光面に配置することにより、発光を妨げることなく、駆動部（不図示。）から物理的に切り離した形で省スペースにインダクタを配置することが可能となる。このため、駆動部の小型軽量化が図られる。

容量性負荷である無機ＥＬ素子と並列にダミーの容量を挿入してもよい。これによると、共振回路において同じ周波数を与えるインダクタンス（Ｌ）の値は小さくなり、インダクタをさらに小型化できる。

電流源の構成例として、直流電源、および２つのＦＥＴを備えた構成が挙げられる。２つのＦＥＴは、直流電源に接続されるとともに、相互に直列に接続される。各ＦＥＴにはゲート駆動信号が交互に切り替えられて入力されるように構成される。この電流源では、一方のＦＥＴのソースと他方のＦＥＴのドレインとの間から供給電流が出力される。

共振回路の周波数（ＦＥＴのスイッチング周期）は、ゲート駆動信号制御部によって負荷（無機ＥＬ素子）の電圧を検出して電圧が最大となるようにゲート駆動信号を出力することで決める。これによって、電流共振型回路に必要なインダクタの２次巻線やフライバック用チョークコイルも不要となり、駆動部をより簡素化することが可能となる。

この発明によれば、容量性負荷である無機ＥＬ素子と直列に接続されるインダクタを、駆動部から物理的に切り離して無機ＥＬ素子と一体に組み付けてＬＣ共振回路を構成することにより、駆動部を小型軽量化することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る無機ＥＬ素子を有する発光装置の一例を示す回路ブロック図である。 無機ＥＬ素子に接続されるインダクタの配置例を説明する斜視図である。 図１におけるＬＣ共振回路の等価回路を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る無機ＥＬ素子を有する発光装置の一例を示す回路ブロック図である。 図４におけるＬＣ共振回路の等価回路を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１に示すように、第１の実施形態に係る発光装置１０１は、無機ＥＬ素子１、インダクタ２、電流源３、およびゲート駆動信号制御部４を備える。

無機ＥＬ素子１は、例えば分散型の無機ＥＬ素子が用いられる。このような無機ＥＬ素子の構造は公知であるため説明を省略する。図２に示すように、無機ＥＬ素子１は矩形の外形を呈し、主面側に発光面１Ａが形成される。無機ＥＬ素子１の裏面側は非発光面１Ｂとなっている。なお、無機ＥＬ素子１の外形は矩形に限られない。発光装置の用途に応じて適宜異なる外形のものを利用することが可能である。

インダクタ２は、図１に示すように、無機ＥＬ素子１に直列に接続される。図２に示すように、インダクタ２は、無機ＥＬ素子１の外形サイズと同程度の空芯コイルで構成される。

インダクタ２は、空芯コイルゆえに巻線自体は大きくなるが、無機ＥＬ素子１のサイズを超えることはない。また、空芯コイルはコアを用いないのでインダクタの軽量化が可能である。したがって、インダクタ（空芯コイル）２を無機ＥＬ素子１の非発光面１Ｂに配置することにより、発光を妨げることなく、駆動部（不図示。）から物理的に切り離した形で省スペースにインダクタ２を配置することが可能となる。このため、駆動部の小型軽量化が図られる。

電流源３は、直列に接続された無機ＥＬ素子１とインダクタ２とに電流を供給するものである。図１に示すように、本実施形態では、電流源３は、直流電源３３、および直流電源３３に接続される２つのＦＥＴ（第１ＦＥＴ３１、第２ＦＥＴ３２）を備える。第１ＦＥＴ３１と第２ＦＥＴ３２とは直列に接続され、後述するようにゲート駆動信号が交互に切り替えられて入力されるように構成される。図１に例示するＦＥＴはエンハンス型ｎチャネルＩＧＦＥＴであるが、ＦＥＴはこれに限られない。

図１に示すように、直列に接続された無機ＥＬ素子１とインダクタ２は、第１ＦＥＴ３１のソースと第２ＦＥＴ３２のドレインとの間から出力を取るように電流源３に接続される。無機ＥＬ素子１は容量性負荷である。したがって、図３に示すように、このようにして接続される、無機ＥＬ素子１、インダクタ２、および電流源３はＬＣ共振回路を構成している。

ゲート駆動信号制御部４は、容量性負荷である無機ＥＬ素子１の電圧を検出してこの電圧が最大となるように、ゲート駆動信号を第１、第２ＦＥＴ３１、３２に交互に出力する。本実施の形態では、負荷（無機ＥＬ素子１）の電圧を検出するために、図１に示すように、抵抗５Ａ，５Ｂを挿入し、無機ＥＬ素子１の両端電圧の分圧を計測している。

ゲート駆動信号の出力周期（すなわち、ＦＥＴのスイッチング周期）によって、共振回路の周波数が決まる。これにより、電流共振型回路で必要なインダクタの２次巻線やフライバック用チョークコイルも不要となる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る発光装置１０２の基本的構成は第１の実施形態と同じである。本実施の形態では、図４、図５に示すように、容量性負荷である無機ＥＬ素子１と並列にダミーの容量（コンデンサ）６が挿入されている。これによると、同じ周波数を与えるインダクタンス（Ｌ）の値は小さくなり、さらにインダクタ２を小型化できる。

次に、具体的な実施例を挙げて本発明による効果（インダクタ２の小型化）を実証する。

発光部の面積５７０ｍｍ×４００ｍｍ、点灯時の容量３００ｎＦの分散型無機ＥＬ素子１にインダクタンス９ｍＨのインダクタ２を直列に接続した（図１参照。）。インダクタ２は分散型無機ＥＬ素子１の外形に沿って線径０．３１５ｍｍのエナメル線を６９回巻いた空芯コイルである。

直流電源３３からは１００Ｖの電圧を発生させ、２つのＦＥＴ（３１，３２）を周波数３ｋＨｚで交互にオン、オフさせると、分散型無機ＥＬ素子１の両端には約３３０Ｖp-pの正弦波電圧が印加され、分散型無機ＥＬ素子が発光輝度９５cd/m²で点灯した。このときインダクタ２の重量は１００ｇであった。

発光部の面積５７０ｍｍ×４００ｍｍ、点灯時の容量３００ｎＦの分散型無機ＥＬ素子１にインダクタンス４．５ｍＨのインダクタ２を直列に接続した（図４参照。）。また分散型無機ＥＬ素子１並列に容量４７０ｎＦのフィルムコンデンサ６を接続した。インダクタ２は分散型無機ＥＬ素子１の外形に沿って線径０．３１５ｍｍエナメル線を４８回巻いた空芯コイルである。

直流電源３３からは１００Ｖの電圧を発生させ、２つのＦＥＴ（３１，３２）を周波数２．４ｋＨｚで交互にオン、オフさせると、分散型無機ＥＬ素子１の両端には約３１０Ｖp-pの正弦波電圧が印加され、分散型無機ＥＬ素子が発光輝度７５cd/m²で点灯した。このときインダクタ２の重量は７０ｇ、コンデンサ６の重量は３ｇ、合計７３ｇであった。

［比較例］
実施例１と同じインダクタンス９ｍＨのインダクタをフェライトをコアとして作製し、実施例と同じ電圧で分散型無機ＥＬ素子１を駆動した。このときのインダクタ（コアあり）の重量は３００ｇもあり、先の実施例１，２に比べて随分と重量が大きくなった。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、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。

１…無機ＥＬ素子
１Ａ…発光面
１Ｂ…非発光面
２…インダクタ
３…電流源
４…ゲート駆動信号制御部
１０１，１０２…発光装置

Claims (5)

1. 主面側に発光面が形成される無機ＥＬ素子と、
   前記無機ＥＬ素子に直列に接続されたインダクタと、
   直列に接続された前記無機ＥＬ素子と前記インダクタとに電流を供給する電流源と、
   を有する発光装置において、
   前記インダクタが、前記無機ＥＬ素子の外形サイズを超えない外形サイズである空芯コイルで構成され、該空芯コイルが、前記無機ＥＬ素子の裏面側の非発光面に配置されることを特徴とする発光装置。
2. 前記無機ＥＬ素子と並列に接続されるダミーの容量をさらに有する、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記電流源は、
   直流電源と、
   前記直流電源に接続されるとともに、相互に直列に接続され、ゲート駆動信号が交互に切り替えられて入力されるように構成される２つのＦＥＴと、
   を備える、請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記無機ＥＬ素子の電圧を検出して前記電圧が最大となるように、前記ゲート駆動信号を前記２つのＦＥＴに交互に出力するゲート駆動信号制御部をさらに有する、請求項３に記載の発光装置。
5. 前記空芯コイルの外形サイズは、前記無機ＥＬ素子の外形サイズと同サイズである、請求項１〜４の何れか１つに記載の発光装置。

Images