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JP6522766B2 - 発光装置 - Google Patents

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JP6522766B2
JP6522766B2 JP2017540386A JP2017540386A JP6522766B2 JP 6522766 B2 JP6522766 B2 JP 6522766B2 JP 2017540386 A JP2017540386 A JP 2017540386A JP 2017540386 A JP2017540386 A JP 2017540386A JP 6522766 B2 JP6522766 B2 JP 6522766B2
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Description

本発明は、発光装置に関する。
発光装置の光源の一つに有機EL素子がある。有機EL素子は、2つの電極の間に有機層を配置した構成を有している。有機EL素子には、2つの電極の間に複数の有機層を有するものがある。近年は、例えば発光特性の異なる複数種類の有機層を有する有機EL素子も提案されている。
例えば特許文献1には、基板の上にITOからなる第1電極、第1の有機層、第2電極、第2の有機層、第3電極、第3の有機層、及び第4電極をこの順に重ねた構成を有している。このような構成において、第1電極は接地され、第2電極には第1のオペアンプの出力端子が接続されており、第3電極には第2のオペアンプの出力端子が接続されており、第4電極には第3のオペアンプの出力端子が接続されている。第1のオペアンプの非反転入力端子、第2のオペアンプの非反転入力端子、及び第3のオペアンプの非反転入力端子は、それぞれ互いに異なる入力端子に接続している。また、第2のオペアンプの非反転入力端子には第1のオペアンプの出力端子も接続されており、第3のオペアンプの非反転入力端子には第2のオペアンプの出力端子も接続されている。
また特許文献2には、第1電極、第1発光層、中間電極層、第2発光層、及び第2電極をこの順に積層した有機EL装置において、第2電極と第3電極とを可変抵抗を介して接続することが記載されている。特許文献2において、可変抵抗の抵抗を調整することにより、第2発光層に輝度を調節することができる、と記載されている。
特表2001−511296号公報 特開2014−150000号公報
互いに発光色が異なる複数の発光層を積層した有機EL素子において、当該有機EL素子から発光される発光色を調整するためには、複数の発光層それぞれの輝度を互いに独立して制御できるようにすることが好ましい。しかし、特許文献1に記載の方法では、第2のオペアンプを制御して第2の有機層の電流量を増加させると、第2の有機層から第1の有機層に流れる電流量も増加してしまう。このため、第2の有機層の輝度に対する第1の有機層の輝度の比率を一定値以下にすることが難しい。
また、特許文献2に記載の方法では、可変抵抗を用いて第2の有機層から第1の有機層に流れる電流量を減らすことにより第1の有機層の輝度を調節している。このため、第2の有機層の輝度に対する第1の有機層の輝度の比率を下げることはできても、この比率を一定値以上にすることはできない。
本発明が解決しようとする課題としては、第2の有機層の輝度に対する第1の有機層の輝度の比率を広い範囲で制御できるようにすることが一例として挙げられる。
請求項1に記載の発明は、第1電極と、
前記第1電極と重なっている第2電極と、
前記第2電極と重なっている第3電極と、
前記第1電極と前記第2電極の間に位置していて発光層を含む第1有機層と、
前記第2電極と前記第3電極の間に位置していて発光層を含む第2有機層と、
前記第1電極に接続している第1電流源と、
前記第2電極と前記第3電極とを接続するスイッチと、
前記第2電極に接続している第2電流源と、
前記スイッチ及び前記第2電流源を制御する制御部と、
を備え、
前記第1有機層の発光スペクトルのピーク波長は、前記第2有機層の発光スペクトルのピーク波長と異なる発光装置である。
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。 図1に示した発光装置の等価回路図である。 制御部の制御モードを説明するための図である。 第1モードを説明するための図である。 第1モードを説明するための図である。 第2モードを説明するための図である。 第2モードを説明するための図である。 第2モードを説明するための図である。 第2モードを説明するための図である。 第3モードを説明するための図である。 第3モードを説明するための図である。 変形例1に係る発光装置の構成を示す図である。 実施形態に係る発光装置の動作を説明するための図である。 変形例1に係る発光装置の動作を説明するための図である。 変形例2に係る制御部の動作を説明するための図である。 変形例2に係る制御部の動作を説明するための図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
図1は、実施形態に係る発光装置10の構成を示す断面図である。図2は、図1に示した発光装置10の等価回路図である。実施形態に係る発光装置10は、第1電極110、第1有機層120、第2電極130、第2有機層140、第3電極150、制御部210、第1電流源220、スイッチ230、及び第2電流源240を有している。第2電極130は第1電極110と重なっており、第3電極150は第2電極130と重なっている。第1有機層120は第1電極110と第2電極130の間に位置しており、第2有機層140は第2電極130と第3電極150の間に位置している。第1電流源220は第1電極110に接続しており、第2電流源240は第2電極130に接続している。また、スイッチ230は第2電極130と第3電極150とを接続している。そして、第1有機層120の発光スペクトルのピーク波長は、第2有機層140の発光スペクトルのピーク波長と異なる。言い換えると、第1有機層120の発光色は、第2有機層140の発光色と異なる。制御部210は、第1電流源220、スイッチ230、及び第2電流源240を制御する。以下、詳細に説明する。
第1電極110、第1有機層120、第2電極130、第2有機層140、及び第3電極150は、基板100の第1面に形成されている。
基板100は、例えばガラスや透光性の樹脂などの透光性の材料で形成されている。基板100は、例えば矩形などの多角形である。ここで、基板100は可撓性を有していてもよい。基板100が可撓性を有している場合、基板100の厚さは、例えば10μm以上1000μm以下である。特に基板100をガラス材料で可撓性を持たせる場合、基板100の厚さは、例えば200μm以下である。基板100を樹脂材料で可撓性を持たせる場合は、基板100の材料として、例えばPEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルサルホン)、PET(ポリエチレンテレフタラート)、又はポリイミドを含ませて形成されている。また、基板100が樹脂材料を含む場合、水分が基板100を透過することを抑制するために、基板100の少なくとも発光面(好ましくは両面)に、SiNやSiONなどの無機バリア膜が形成されている。
第1電極110及び第2電極130は、光透過性を有する透明電極である。透明電極を構成する透明導電材料は、金属を含む材料、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、IWZO(Indium Tungsten Zinc Oxide)、ZnO(Zinc Oxide)等の金属酸化物である。第1電極110及び第2電極130の厚さは、例えば10nm以上500nm以下である。第1電極110及び第2電極130は、例えばスパッタリング法又は蒸着法を用いて形成される。なお、第1電極110及び第2電極130は、カーボンナノチューブ、又はPEDOT/PSSなどの導電性有機材料であってもよい。また、特に第2電極130は、これらの材料を含む層の上に、後述する第3電極150の材料を含む層との積層した構造や、第3電極150の材料を網状に配置した構造であってもよい。この場合、第3電極150の材料からなる層は500nm以下であることが好ましい。
第3電極150は、例えば、Al、Au、Ag、Pt、Mg、Sn、Zn、及びInからなる第1群の中から選択される金属又はこの第1群から選択される金属の合金からなる金属層を含んでいる。この場合、第3電極150は遮光性を有している。第3電極150の厚さは、例えば10nm以上500nm以下である。ただし、第3電極150は、第1電極110の材料として例示した材料を用いて形成されていてもよい。第3電極150は、例えばスパッタリング法又は蒸着法を用いて形成される。
第1有機層120及び第2有機層140は、いずれも、正孔注入層、発光層、及び電子注入層をこの順に積層させた構成を有している。正孔注入層と発光層との間には正孔輸送層が形成されていてもよい。また、発光層と電子注入層との間には電子輸送層が形成されていてもよい。第1有機層120及び第2有機層140は蒸着法で形成されてもよい。また、第1有機層120のうち少なくとも一つの層、例えば第1電極110と接触する層は、インクジェット法、印刷法、又はスプレー法などの塗布法によって形成されてもよい。また、第2有機層140のうち少なくとも一つの層、例えば第2電極130と接触する層は、インクジェット法、印刷法、又はスプレー法などの塗布法によって形成されてもよい。なお、この場合、第1有機層120の残りの層及び第2有機層140の残りの層は、蒸着法によって形成されている。また、第1有機層120のすべての層及び第2有機層140のすべての層が、塗布法を用いて形成されていてもよい。
上記したように、第1有機層120の発光スペクトルのピーク波長は、第2有機層140の発光スペクトルのピーク波長と異なる。例えば、第1有機層120は赤色の波長域にピークを有しており、第2有機層140は赤色より短波長側(例えば青色の波長域)にピークを有している。このため、発光装置10の発光色は、第1有機層120の発光色と第2有機層140の発光色を混ぜた色(例えば白色)になる。そして、発光装置10の発光色は、第1有機層120の輝度に対する第2有機層140の輝度の比率を変更することにより、変更することができる。なお、第1有機層120が有するピークと第2有機層140が有するピークは逆であってもよい。
そして、第1電極110は第1有機層120の陽極となっており、かつ、第1電流源220の出力端子が接続されている。また、第2電極130は第1有機層120の陰極となっており、かつ第2有機層140の陽極になっている。第2電極130は、さらに、第2電流源240の出力端子が接続されている。そして第3電極150は第2有機層140の陰極であり、かつ、接地電位が印加されている。
第1電流源220及び第2電流源240は電流源であり、制御部210によって制御されている。第1電流源220及び第2電流源240は、例えばスイッチングレギュレータである。ただし、第1電流源220及び第2電流源240は、他の構造の電流源であってもよい。
また、発光装置10はスイッチ230を有している。スイッチ230は、例えば電力制御用のトランジスタであり、第2電極130及び第3電極150を接続している。制御部210は、スイッチ230の開閉を制御している。詳細を後述するように、制御部210は、スイッチ230をPWM(Pulse width modulation)制御する。
次に、制御部210の動作について説明する。制御部210は、図3に示すように、第1有機層120及び第2有機層140を、第1モード、第2モード、及び第3モードの3パターンで発光させる。第1モードでは、制御部210は、第1電流源220をオンにして、スイッチ230及び第2電流源240をオフにする。その結果、第1有機層120と第2有機層140には同じ大きさの電流が流れる。第2モードでは、制御部210は、第1電流源220をオンにして、第2電流源240をオフにして、スイッチ230をPWM制御する。これにより、第2有機層140に流れる電流は第1有機層120に流れる電流以下になる。第3モードでは、制御部210は、第1電流源220及び第2電流源240をオンにして、スイッチ230をオフにする。これにより、第2有機層140に流れる電流は第1有機層120に流れる電流よりも多くなる。以下、詳細に説明する。以下の説明において、図2に示すように、第1電流源220が流す電流をI、第2電流源240が流す電流をI、第1有機層120に流れる電流をI01、第2有機層140に流れる電流をI02とする。
まず、図4及び図5を用いて、第1モードについて説明する。第1モードにおいて、制御部210は、スイッチ230を開いた状態で第1電流源220から第1電極110に電流を流す。この際、制御部210は第2電流源240を動作させない。すなわちI=0にする。これにより、第1電極110から第3電極150に電流Iが流れる。その結果、第1有機層120に流れる電流I01と第2有機層140が流れる電流I02はいずれもIになる。このため、図4及び図5に示すように、第1電流源220からの電流Iが大きくなると、Iに比例して電流I01及び電流I02は大きくなり、その結果、第1有機層120が発光する光の強度(輝度)及び第2有機層140が発光する光の強度(輝度)も大きくなる。一方、第1電流源220からの電流Iが小さくなると、Iに比例して電流I01及び電流I02は小さくなり、その結果、第1有機層120が発光する光の強度(輝度)及び第2有機層140が発光する光の強度(輝度)も小さくなる。
次に、図6、図7、図8、及び図9を用いて、第2モードについて説明する。第2モードにおいて、制御部210は、第1電流源220から第1電極110に電流を流す。また、制御部210は、スイッチ230の開閉を繰り返してPWM制御を行う。この際、第2電流源240は動作しない。すなわちI=0である。
まず、図6に示すように、第1有機層120に流れる電流I01は、第1モードと同様に第1電流源220から流れる電流Iに等しい。
次に、図7及び図8を用いて、第2有機層140に流れる電流I02について説明する。スイッチ230が開いている間、第2有機層140を流れてきた電流I01(=I)は第2電極130及び第2有機層140を介して第3電極150に流れる。一方、スイッチ230が閉じている間、第1有機層120を流れてきた電流I01は第2電極130からスイッチ230を介して第3電極150に直接流れるため、第2有機層140には流れない。このため、図7に示すようにスイッチ230の開閉の一周期の長さをT、一周期においてスイッチ230が閉じている(オン)期間の長さをHとすると、第2電流源240から第2有機層140に流れる電流は、I×(1−H/T)(デューティ比)となる。このため、図8に示すように、制御部210は、スイッチ230のPWM制御におけるデューティ比を制御することにより、第2有機層140に流れる電流I02を、I以下の所望の値に制御することができる。
その結果、図9に示すように、スイッチ230のPWM制御におけるデューティ比が大きくなるにつれて、第2有機層140の輝度は小さくなる。従って、第1有機層120の輝度を固定したまま、第2有機層140の輝度を小さくすることができる。
次に、第3モードについて、図10及び図11を用いて説明する。第3モードでは、上記したように、制御部210は、スイッチ230を開いた状態で第1電流源220及び第2電流源240をオンにする。これにより、図10に示すように、第1有機層120に流れる電流I01は、第1モードと同様に第1電流源220から流れる電流Iに等しい。一方、図11に示すように、第2有機層140に流れる電流I02は、第1有機層120を流れてきた電流I01(=I)に、第2電流源240から流れてきた電流Iを加えた量になる。従って、第1有機層120の輝度を固定したまま、第2有機層140の輝度を大きくすることができる。
以上の通り、本実施形態によれば、制御部210は、第1電流源220から流れる電流Iの大きさを制御することにより、第1有機層120の輝度を制御することができる。また、制御部210は、スイッチ230及び第2電流源240を制御することにより、第2有機層140の輝度を、第1有機層120の輝度から独立して制御することができる。この際、制御部210は、第2電流源240の輝度を大きくすることもでき、かつ小さくすることもできる。従って、制御部210は、第1有機層120の輝度に対する第2有機層140の輝度の比率を広い範囲で制御できる。その結果、発光装置10の発光色の変更可能範囲は広くなる。
(変形例1)
図12は、変形例1に係る発光装置10の構成を示す図である。本図に示す発光装置10は、スイッチ230と第3電極150の間にツェナーダイオード250を有している点を除いて、実施形態に係る発光装置10と同様の構成である。
ツェナーダイオード250はスイッチ230と第3電極150の間に、逆方向に接続している。具体的には、ツェナーダイオード250の負極はスイッチ230に接続しており、ツェナーダイオード250の正極は第3電極150に接続している。これにより、スイッチ230の電位は、グラウンド電位に対してツェナー電位分高くなる。
次に、本変形例に係る発光装置10の動作について、図13及び図14を用いて説明する。図13は、実施形態において、第2有機層140に電流を流し始めてから第2有機層140が光るまでのタイムラグを説明するための図である。第2有機層140が光るためには、第2有機層140に加わる電位が閾値電圧以上になる必要がある。一方、第2電極130、第2有機層140、及び第3電極150の積層体はキャパシタとしても機能するため、第2有機層140に電流を流し始めてから第2有機層140が光るまで(すなわち第2電極130と第3電極150の間の電圧が基準電圧以上になるまで)には、タイムラグが発生する。
一方、図14に示すように、本変形例では、スイッチ230と第3電極150の間にはツェナーダイオード250が逆方向に接続されている。このため、第2モードにおいて、スイッチ230を閉じている間(すなわち第2有機層140に電流を流す前)、第2電極130の電圧はツェナーダイオード250のツェナー電位分高くなっている。従って、スイッチ230を開いて第2有機層140に電流を流し始めてから、第2有機層140に加わる電圧(すなわち第2電極130と第3電極150の間の電圧)が基準電圧以上になるまでの時間は短くなる。従って、実施形態と比較して、第2有機層140に電流を流し始めてから第2有機層140が光るまでのタイムラグは短くなる。
(変形例2)
図15及び図16は、変形例2に係る制御部210の動作を説明するための図である。変形例1で説明したように、第2有機層140に電流を流し始めてから第2有機層140が光るまで(すなわち第2電極130と第3電極150の間の電圧が基準電圧以上になるまで)には、タイムラグが発生する。そこで本変形例では、図15に示すように、第2モードにおいて、スイッチ230を開いて第1有機層120を流れてきた電流I01(=I)を第2有機層140に流し始めると、第2電流源240からの電流Iを一定期間第2有機層140に流す。これにより、第2有機層140を流れる電流はI+Iとなり、第2有機層140に電荷が蓄積する速度は速くなる。その結果、第2有機層140に電流を流し始めてから第2有機層140に加わる電圧が基準電圧以上になるまでの時間は短くなる。従って、図16に示すように、実施形態と比較して、第2有機層140に電流を流し始めてから第2有機層140が光るまでのタイムラグは短くなる。
そして、第2有機層140が光り始めたタイミング(またはそれより前のタイミング)で、制御部210は、第2電流源240をオフにする。あるいは、制御部210は、スイッチ230を制御することにより、予め決定された一定期間のみ第2電流源240からの電流Iを第2有機層140に流す制御を行う。これにより、第2有機層140の輝度が高くなることを抑制できる。
制御部210は、PWM制御における各パルスで上記した制御を行う。なお、制御部210は、第1モードにおいて、図15と同様の制御を行ってもよい。
また、第3電極150のうち第2電極130とは逆側の面に、第3有機層及び第4電極を設け、第3電極150と第4電極をスイッチを介して互いに接続してもよい。この場合、第1有機層120、第2有機層140、及び第3有機層を、例えば、R,G,B、のそれぞれに発光のピークを有する有機層にしてもよい。このような構成にすることにより、スイッチの制御と、個々の有機層の発光の発光色との関係が一義的に対応することとなり、発光色の制御が容易となる。また、有機層、電極、及びスイッチをさらに増やしてもよい。
以上、図面を参照して実施形態及び実施例について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

Claims (5)

  1. 第1電極と、
    前記第1電極と重なっている第2電極と、
    前記第2電極と重なっている第3電極と、
    前記第1電極と前記第2電極の間に位置していて発光層を含む第1有機層と、
    前記第2電極と前記第3電極の間に位置していて発光層を含む第2有機層と、
    前記第1電極に接続している第1電流源と、
    前記第2電極と前記第3電極とを接続するスイッチと、
    前記第2電極に接続している第2電流源と、
    前記スイッチ及び前記第2電流源を制御する制御部と、
    を備え、
    前記第1有機層の発光スペクトルのピーク波長は、前記第2有機層の発光スペクトルのピーク波長と異なる発光装置。
  2. 請求項1に記載の発光装置において、
    前記制御部は、制御モードとして、
    前記第2電流源及び前記スイッチをオフにする第1モードと、
    前記第2電流源をオフにして、前記スイッチのオンおよびオフを繰り返すことによりパルス幅変調を行う第2モードと、
    を有する発光装置。
  3. 請求項2に記載の発光装置において、
    前記制御部は、制御モードとして、さらに、前記スイッチをオフにして前記第2電流源をオンにする第3モードを有する発光装置。
  4. 請求項2又は3に記載の発光装置において、
    前記制御部は、前記第2モードにおいて、前記第2有機層の発光を開始するときに前記第2電流源をオンにし、かつ、前記第2有機層が発光したとき又はその前に、前記第2電流源をオフにする発光装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光装置において、
    前記スイッチと前記第3電極に間に設けられ、負極が前記スイッチ側に接続していて正極が前記第3電極側に接続しているツェナーダイオードを備える発光装置。
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