WO2014061525A1 - 無機ｅｌ素子を有する発光装置 - Google Patents

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    • Y02B20/30—Semiconductor lamps, e.g. solid state lamps [SSL] light emitting diodes [LED] or organic LED [OLED]

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device having an inorganic EL element.
  • An inorganic electroluminescent (EL) element has been in the limelight as a display device or a next-generation surface light emitting device because of its long life, power saving, and high efficiency.
  • an inorganic EL element In order to cause an inorganic EL element to emit light, it is generally employed to configure an LC resonance circuit by connecting an inductor in series to an inorganic EL element that is a capacitive load (see Patent Document 1).
  • An inorganic EL element is a voltage-driven device and is usually driven by an alternating current having an effective value of 100 to 200V.
  • a circuit that generates a high voltage exceeding the effective value of 100 V needs to be composed of high breakdown voltage components, and tends to be expensive and large. Therefore, an inductor (inductance L) is connected in series to the inorganic EL element, and a resonance circuit is configured by the capacitance C of the inorganic EL element and the inductor, thereby applying a voltage higher than the output voltage of the drive circuit to the inorganic EL element. Is done. At this time, by making the drive frequency coincide with the resonance frequency of the LC resonance circuit, the output voltage of the drive circuit is kept low and the voltage applied to the inorganic EL element is maximized.
  • the inductor For the inductor, a core such as ferrite is usually used, but the ferrite core is heavy and large. Therefore, the inductor is incorporated in a box-shaped drive unit that is physically separated from the inorganic EL element. As a result, there has been a problem that the drive unit becomes large in weight and becomes inconvenient to handle.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an inductor connected in series with an inorganic EL element that is a capacitive load is physically separated from the drive unit and assembled integrally with the inorganic EL element to perform LC resonance.
  • An object is to reduce the size and weight of the drive unit by configuring a circuit.
  • the light emitting device includes an inorganic EL element, an inductor, and a current source.
  • the inorganic EL element has a light emitting surface formed on the main surface side.
  • the back side of the inorganic EL element is a non-light emitting surface.
  • the inductor is connected in series to the inorganic EL element.
  • the inductor is composed of an air-core coil having the same size as the outer size of the inorganic EL element 1.
  • the current source supplies current to the inorganic EL element and the inductor connected in series.
  • Inorganic EL elements are capacitive loads. Therefore, the inorganic EL element, inductor, and current source connected as described above constitute an LC resonance circuit.
  • the inductor is an air-core coil
  • the winding itself is large, but it does not exceed the size of the inorganic EL element.
  • the air-core coil does not use a core, the weight of the inductor can be reduced. Therefore, by disposing the inductor (air core coil) on the non-light-emitting surface of the inorganic EL element, the inductor is disposed in a space-saving manner in a form physically separated from the drive unit (not shown) without disturbing light emission. It becomes possible. For this reason, size reduction and weight reduction of a drive part are achieved.
  • a dummy capacitor may be inserted in parallel with the inorganic EL element that is a capacitive load. According to this, the value of the inductance (L) that gives the same frequency in the resonance circuit becomes small, and the inductor can be further downsized.
  • a configuration including a DC power supply and two FETs can be given.
  • the two FETs are connected to a DC power supply and are connected in series with each other.
  • Each FET is configured such that gate drive signals are alternately switched and input.
  • a supply current is output from between the source of one FET and the drain of the other FET.
  • the frequency of the resonant circuit is determined by detecting the voltage of the load (inorganic EL element) by the gate drive signal control unit and outputting the gate drive signal so that the voltage becomes maximum.
  • the secondary winding of the inductor and the choke coil for flyback necessary for the current resonance type circuit are not required, and the drive unit can be further simplified.
  • an inductor connected in series with an inorganic EL element that is a capacitive load is physically separated from the drive unit and assembled integrally with the inorganic EL element to configure the LC resonance circuit, thereby forming the drive unit.
  • the light emitting device 101 includes an inorganic EL element 1, an inductor 2, a current source 3, and a gate drive signal control unit 4.
  • the inorganic EL element 1 for example, a dispersed inorganic EL element is used. Since the structure of such an inorganic EL element is known, the description thereof is omitted. As shown in FIG. 2, the inorganic EL element 1 has a rectangular outer shape, and a light emitting surface 1A is formed on the main surface side. The back surface side of the inorganic EL element 1 is a non-light emitting surface 1B.
  • the external shape of the inorganic EL element 1 is not limited to a rectangle. It is possible to use one having a different outer shape as appropriate depending on the use of the light emitting device.
  • the inductor 2 is connected in series to the inorganic EL element 1 as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the inductor 2 is composed of an air-core coil having the same size as the outer size of the inorganic EL element 1.
  • the inductor 2 is an air-core coil
  • the winding itself is large, but does not exceed the size of the inorganic EL element 1.
  • the air-core coil does not use a core, the weight of the inductor can be reduced. Therefore, by disposing the inductor (air core coil) 2 on the non-light emitting surface 1B of the inorganic EL element 1, the inductor is saved in a space-saving manner in a form physically separated from the drive unit (not shown) without disturbing light emission. 2 can be arranged. For this reason, size reduction and weight reduction of a drive part are achieved.
  • the current source 3 supplies current to the inorganic EL element 1 and the inductor 2 connected in series.
  • the current source 3 includes a DC power source 33 and two FETs (first FET 31 and second FET 32) connected to the DC power source 33.
  • the first FET 31 and the second FET 32 are connected in series, and are configured so that gate drive signals are alternately switched and input as will be described later.
  • the FET illustrated in FIG. 1 is an enhanced n-channel IGFET, but the FET is not limited to this.
  • the inorganic EL element 1 and the inductor 2 connected in series are connected to a current source 3 so as to obtain an output from between the source of the first FET 31 and the drain of the second FET 32.
  • the inorganic EL element 1 is a capacitive load. Therefore, as shown in FIG. 3, the inorganic EL element 1, the inductor 2, and the current source 3 connected in this way constitute an LC resonance circuit.
  • the gate drive signal control unit 4 detects the voltage of the inorganic EL element 1 that is a capacitive load, and alternately outputs the gate drive signal to the first and second FETs 31 and 32 so that this voltage becomes maximum.
  • resistors 5A and 5B are inserted, and the partial voltage of the voltage across the inorganic EL element 1 is measured. Yes.
  • the frequency of the resonant circuit is determined by the output period of the gate drive signal (that is, the switching period of the FET). This eliminates the need for the inductor secondary winding and the flyback choke coil required in the current resonance type circuit.
  • the basic configuration of the light emitting device 102 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • a dummy capacitor (capacitor) 6 is inserted in parallel with the inorganic EL element 1 which is a capacitive load. According to this, the value of the inductance (L) giving the same frequency becomes small, and the inductor 2 can be further downsized.
  • An inductor 2 having an inductance of 9 mH was connected in series to a dispersed inorganic EL element 1 having a light emitting area of 570 mm ⁇ 400 mm and a capacity of 300 nF when lit (see FIG. 1).
  • the inductor 2 is an air-core coil in which an enameled wire having a wire diameter of 0.315 mm is wound 69 times along the outer shape of the dispersed inorganic EL element 1.
  • An inductor 2 having an inductance of 4.5 mH was connected in series to a dispersed inorganic EL element 1 having a light emitting area of 570 mm ⁇ 400 mm and a lighting capacity of 300 nF (see FIG. 4).
  • a film capacitor 6 having a capacity of 470 nF was connected in parallel with the dispersion type inorganic EL element 1.
  • the inductor 2 is an air-core coil in which an enameled wire having a wire diameter of 0.315 mm is wound 48 times along the outer shape of the dispersed inorganic EL element 1.
  • Example 2 An inductor having the same inductance of 9 mH as in Example 1 was manufactured using ferrite as a core, and the dispersion-type inorganic EL element 1 was driven at the same voltage as in the example.
  • the weight of the inductor (with core) at this time was as much as 300 g, which was much heavier than the previous Examples 1 and 2.

Abstract

　無機ＥＬ素子を備える発光装置の駆動部を小型軽量化する。容量性負荷である無機ＥＬ素子を発光させるために、無機ＥＬ素子にインダクタを接続してＬＣ共振回路を構成する。インダクタ（２）は無機ＥＬ素子の外形サイズと同程度の空芯コイルで構成される。このインダクタ（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。

Description

無機ＥＬ素子を有する発光装置
　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 (4)

  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素子の外形サイズと同程度の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。
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