JP2004234868A

JP2004234868A - 有機ｅｌ照明素子

Info

Publication number: JP2004234868A
Application number: JP2003018404A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Kondo; 行廣近藤; Yasuhisa Kishigami; 泰久岸上; Kenji Tsubaki; 健治椿; Masaru Yokoyama; 勝横山
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】安定して発光することのできる全面発光型の有機ＥＬ照明素子を提供する。
【解決手段】陽極１３及び陰極１１で有機ＥＬ発光層１２を挟んでなる発光セグメント１を複数具備し、その複数の発光セグメント１，１‥が同時に発光するよう形成した有機ＥＬ照明素子であって、上記複数の発光セグメント１，１‥が直列接続になるよう、陽極１３及び陰極１１が、異なる発光セグメント１間で電気的に接続されてなる。また、上記直列接続された複数の発光セグメント１，１‥からなる直列発光セグメント体５を複数有すると共に、その複数の直列発光セグメント体５，５‥が相互に並列接続されてなる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスレプイ等の表示装置のバックライトや照明光源等に用いることのできる全面発光型の有機ＥＬ照明素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、陽極及び陰極で挟んだ有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｃｅｎｃｅ）発光層に電圧を印加し、その有機ＥＬ発光層を発光させる発光セグメントを具備した有機ＥＬ照明素子がある。この有機ＥＬ照明素子は、軽量、薄型に形成可能でありながら、電池などの１０Ｖ程度の低電圧で、１００〜１０００００ｃｄ／ｍ^２程度の高輝度で発光する、という特徴を有するため、軽量薄型が要求される液晶ディスプレイや照明装置等に搭載し、有機ＥＬ照明素子の全面を同時に発光させて、バックライトや照明光源として用いている。
【０００３】
この有機ＥＬ照明素子の発光セグメントが発光する仕組みは、陰極及び陽極間に電圧を印加したとき、有機ＥＬ発光層内に、陰極から電子が、陽極からホールがそれぞれ注入され、この電子とホールが有機ＥＬ発光層内で再結合して励起子を形成し、その励起子が基底状態に戻るときにエネルギーを放出することで発光する、というものである。この陰極及び陽極間に電圧を印加しているときには、陰極及び陽極間には、その印加電圧に応じた電界が発生しており、例えば、印加電圧が数Ｖから１０数Ｖの場合で、陽極及び陰極間の有機ＥＬ発光層には１０^５〜１０^６Ｖ／ｃｍ程度の強電界が発生する。この強電界は、電子が陰極から有機ＥＬ発光層内に移動するときに必要な注入障壁を超える原動力の一部になっているものの、強電界がかかることにより、有機ＥＬ発光層に経時的な耐圧劣化を引き起こしたり、有機ＥＬ発光層内に異物が存在したときには、その異物により電界集中が発生してしまうことで、その有機ＥＬ発光層を有する発光セグメントに電源からの電流が集中し、その発光セグメントを短絡させてしまうことがあった。
【０００４】
そこで、有機ＥＬ照明素子を高輝度に発光させながらも、発光セグメントに負担をかけにくくしたものに、図７に示すような、複数の発光セグメント１，１‥を、電源２に並列に接続したものがある（例えば、特許文献１参照）。このように、有機ＥＬ照明素子を、複数の発光セグメント１，１‥を並列接続させたもので構成すれば、各発光セグメント１の陽極及び陰極間に強電界を発生させないようにしながら、有機ＥＬ照明素子として十分な輝度を得ることが可能になる。さらに、発光セグメント１の数が増えているので、より広い範囲を照らすことも可能になる。また、電源２の出力する電力を一定にしたまま、新たに発光セグメント１を追加接続した場合、各発光セグメント１の輝度が低下してしまうので、その場合には、追加した発光セグメント１の数に応じて、出力する電力を増加させて対応する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−５０４６７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように複数の発光セグメント１，１‥を並列に接続した場合、その複数の発光セグメント１，１‥のうち、一つでも短絡してしまうと、電源２からの電流が全てその短絡した発光セグメント１に流れてしまう。すなわち、他の発光セグメント１に電流が流れなくなり、短絡した発光セグメント１だけでなく、正常な発光セグメント１も発光できなくなり、有機ＥＬ照明素子全体で消灯してしまうという問題があった。このことは、表示装置を大画面化するときに特に問題となるもので、大画面の表示装置のバックライトとして用いるためには、広い照明範囲が必要となるため、非常に多数の発光セグメント１を並列接続することが必要になるが、そのすべての発光セグメント１の品質を非常に高いものに保つことは非常に困難である。そのため、歩留まりが低く、生産性の向上が見込みにくく、表示装置自体の価格も増加させてしまうという問題も引き起こしてしまう。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、安定して発光することのできる全面発光型の有機ＥＬ照明素子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る有機ＥＬ照明素子は、陽極及び陰極で有機ＥＬ発光層を挟んでなる発光セグメントを複数具備し、その複数の発光セグメントが同時に発光するよう形成した有機ＥＬ照明素子であって、上記複数の発光セグメントが直列接続になるよう、陽極及び陰極が、異なる発光セグメント間で電気的に接続されてなることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記直列接続された複数の発光セグメントからなる直列発光セグメント体を複数有すると共に、その複数の直列発光セグメント体が相互に並列接続されてなることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の有機ＥＬ照明素子の一実施の形態の断面を示す図であり、１は発光セグメント、１１は陰極、１２は有機ＥＬ発光層、１３は陽極、３は基板、２は電源、をそれぞれ示している。
【００１１】
発光セグメント１は、陽極１３と有機ＥＬ発光層１２と陰極１１とをこの順に、基板３上に積層して構成している。
陰極１１は、Ａｌ（アルミニウム）薄膜で形成しており、この陰極１１を、図１のように、有機ＥＬ発光層１２上だけでなく、隣接する発光セグメント１の陽極１３上にまで連続して積層させることで、隣接する発光セグメント１と電気的に接続させている。このようにして陽極１３と陰極１１を異なる発光セグメント１間で電気的に接続することで、複数の発光セグメント１，１‥を直列接続している。なお、この陰極１１の形成には、マスク蒸着や、エッチングなどを使用すればよい。また、この陰極１１の形成時には、陰極１１の断面がテーパ形状になるようにすると、陰極１１を形成する際に、接続させる陽極１３以外のものに誤って接続させてしまうことを防止できる。また、この陰極の材料にはＡｌ以外に、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｃｕ等の金属や、ＭｇとＡｇの混合物等を用いることができる。
【００１２】
陽極１３は、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）薄膜で形成しており、透明な電極に形成している。このように透明に形成することで、有機ＥＬ発光層１２で発生した光が、陽極１３を光透過できるようになり、基板３も透明なものを用いていれば、陽極１３及び基板３を光透過させて、外部に取り出すことができる。なお、陰極１１を透明な電極に形成すれば、有機ＥＬ発光層１２の光は、その透明な陰極１１から取り出すことができるので、この場合には、陽極１３を透明な電極に形成しなくてもよい。そのときには、この陽極１３を、例えば、Ａｕ、Ｎｉ、ＣｕＩ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の金属を用いる形成することができる。また、この陽極１３を形成する際には、図１に示すように、隣接する発光セグメント１の陰極１１と接続しやすいように、積層させる有機ＥＬ発光層１２よりも若干大きめに形成することが好ましい。
【００１３】
有機ＥＬ発光層１２は、ベンゾチアゾール系やベンゾイミダゾール系の有機蛍光材料で形成している。この有機ＥＬ発光層１２を陽極１３上に積層させるときには、陽極１３よりも若干小さめに形成し、隣接する発光セグメント１の陰極１１と陽極１３とを接続しやすくすることが好ましい。この有機ＥＬ発光層１２内には、陽極１３からホールが、陰極１１から電子が注入され、このホールと電子が有機ＥＬ発光層１２内で再結合することで励起子を形成し、その励起子が基底状態に戻るときにエネルギーを放出して発光する、という現象が起こる。なお、この有機ＥＬ発光層１２の有機ＥＬ発光材料には、金属キレート化オキシノイド化合物、スチリルベンゼン系化合物等の金属錯体等を用いることもできる。
【００１４】
基板３は、無機ガラスを平板状に形成したものを用いている。この基板３のサイズ、重量等は特に限定するものではないが、例えば、軽量薄型が要求される表示装置に搭載する場合には、基板３も薄く小さいサイズのものが好ましい。従って、基板３表面上に形成する発光セグメント１を形成できる範囲内のサイズで、できるだけ小さく、且つ強度を保つことができる厚みに形成すればよい。また、この基板３の材料には、無機ガラス以外に、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、アクリル樹脂、プラスチック等を用いることができる。また、基板３を透明にしないのであれば、基板３表面に発光セグメント１を形成できる材質であればどのようなものでもよい。
【００１５】
この有機ＥＬ照明素子では、複数の発光セグメント１，１‥を直列接続しているので、そのうちの例え一つの発光セグメント１が短絡したとしても、等価回路的には、その発光セグメント１がなくなっただけと見ることができるため、短絡した以外の正常な発光セグメント１で継続して安定発光することができる。
【００１６】
図２は、基板３上に形成した複数の発光セグメント１，１‥を直列接続したことを模式的に示したものであり、直列接続した複数の発光セグメント１，１‥は、基板３上で線状になるように配置して、線状の光が得られるようにしている。なお、この直列接続する複数の発光セグメント１，１‥は、図３に示すように、基板３上に面状に配置してもよい。このようにすれば、有機ＥＬ照明素子の発光面積が増加するので、照明範囲を広くすることが可能になる。ただし、この場合においても、基板３上に形成した複数の発光セグメント１，１‥は直列接続している。
【００１７】
また、図４に示すように、直列接続した複数の発光セグメントの端部が、基板３の同一端面側に位置するように、発光セグメント１，１‥を電気的に接続すれば、この有機ＥＬ照明素子を使用するときに、その端部の電極を電源２に接続しやすくなり、好ましい。なお、この図４に示す接続パターン以外にも、直列接続した複数の発光セグメント１，１‥の端部が、基板３の同一端面側に位置できるのであればどのように直列接続してもよい。
【００１８】
なお、上記の陽極１３、陰極１１、有機ＥＬ発光層１２を形成する場合には、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、スパッタリング法、ＬＢ法等を用いることができるが、これに限定するものではない。
【００１９】
上記のように、この有機ＥＬ照明素子では、発光セグメント１の陽極１３と陰極１１とを異なる発光セグメント間で接続して、接続した複数の発光セグメント１，１‥が直列になるように形成したので、例え一つの発光セグメント１が短絡して非発光になったとしても、その他の発光セグメント１には電流が流れ発光できるので、有機ＥＬ照明素子が全面消灯してしまうことはなく、安定発光させることが可能になる。また、個々の発光セグメント１の故障率が同じであれば、一つの発光セグメント１だけで有機ＥＬ照明素子を構成する場合より、複数の発光セグメント１，１‥で構成した方が、有機ＥＬ発光素子が全面消灯する率を低減することができ、安定して発光させることが可能になる。
【００２０】
（実施形態２）
本発明における有機ＥＬ照明素子の第２の実施の形態について、図５を参照して以下に説明する。この有機ＥＬ照明素子は、実施形態１の直列接続した複数の発光セグメント（以下、直列発光セグメント体５）を、基板３上に複数設けると共に、その複数の直列発光セグメント体５，５‥を並列に接続する。
【００２１】
このように、直列発光セグメント体５を複数並列接続するようにすれば、図３に示すような、すべての発光セグメント１，１‥を直列に接続する場合に比べ、隣り合う発光セグメントの陰極１１と陽極１３を接続する部分を少なくできるので、発光する部分の面積の大きな有機ＥＬ照明素子を作成するときにかかる工程を簡略化することが可能になる。
【００２２】
上記のように直列発光セグメント体５を複数並列に接続することで、大きな発光面積の有機ＥＬ照明素子をより容易に形成できると共に、安定して発光させることが可能になる。
【００２３】
なお、上記の実施形態１や実施形態２の有機ＥＬ照明素子において、発光セグメント１の陽極１３を基板３の表面に形成し、その陽極１３上に有機ＥＬ発光層１２、さらにその上に陰極１１を形成するようにしたが、これは基板３上に陰極１１を形成し、その陰極１１上に有機ＥＬ発光層１２、さらにその上に陽極１３を形成するようにしてもよく、陰極１１を透明に形成してもよい。また、発光セグメント１の積層構造自体も、陽極１３、有機ＥＬ発光層１２、陰極１１だけに限定するものではなく、これ以外にも、陽極、ホール輸送層、有機ＥＬ発光層、電子輸送層、陰極を順に積層したもの、陽極、ホール注入層、ホール輸送層、有機ＥＬ発光層、電子輸送層、陰極を順に積層したもの、陽極、ホール注入層、有機ＥＬ発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極を順に積層したもの、陽極、ホール注入層、有機ＥＬ発光層、電子注入層、陰極を順に積層したものなどを用いることができる。さらに、陽極１３を基板３の表面上に形成した場合には、基板３表面の微細な凹凸を緩和するために、ホールバッファ層を設けるようにしてもよい。
【００２４】
また、基板３上に形成する発光セグメント１の数はいくつであってもよく、形成するすべての発光セグメント１，１‥を直列に接続する場合には、追加した発光セグメント１を発光させるために、電源２の出力電流を増加する必要がない。これは、発光セグメント１が電流駆動型の素子で、電流値と発光輝度がほぼ比例するためで、すべての発光セグメント１，１‥が直列接続してあるからである。従って、直列接続する発光セグメント１の数を多くすれば、一定の駆動電流でありながら発光面積を増加でき、非常に効率的な有機ＥＬ照明素子を形成できる。
【００２５】
また、図６に示すように、スイッチング部６を、電源２と各直列発光セグメント体５と間にそれぞれ接続し、このスイッチング部６をオン、又はオフに切り替えることで、電源２と各直列発光セグメント体５との電気的な接続を切り替え、発光、又は消灯にそれぞれ切り替えるようにしてもよい。そして、各スイッチング部６を連携させて、例えば、１つのスイッチング部６がオンになると、他のスイッチング部６も順にオンになるように制御すれば、基板３上のすべての発光セグメント１，１‥を点灯させるのに必要な電力を、電源２から一度に出力させる必要がなく、電源２と接続している発光セグメント１の数に応じて電力を出力すればよいので、短絡の可能性が高い発光セグメント１にすべての電力が集中することなく、安定して発光を開始することが可能となる。なお、この複数のスイッチング部６，６‥を順にオンにする間隔を、ごく短い時間、例えば０．２秒以下程度の間隔で行なうようにすれば、視覚的には複数の直列発光セグメント体５，５‥が同時に発光するように映る。
【００２６】
さらに、この有機ＥＬ照明素子を、バックライトや照明用途などで、発光を拡散させて用いるような場合などには、たとえ一部の発光セグメント１が短絡することにより非発光となった場合であっても、その他の発光セグメント１が発光していれば、若干輝度は低下するものの、発光が拡散されているのでバックライトや照明用途としての機能を著しく低下させるには至らない。
【００２７】
また、通常発光セグメント１が発光するのに必要な電圧は３〜５Ｖ程度であるので、発光セグメント１を７０個程度接続した有機ＥＬ照明素子を用い、各発光セグメントを５Ｖで駆動させる場合には、有機ＥＬ照明素子に必要な電圧は約１４０Ｖとなる。この電圧値は、商用交流１００Ｖのピーク電圧に近い値であるので、この商用交流の電圧を半波整流した上で、有機ＥＬ照明素子に供給するようにすれば、商用交流でもこの有機ＥＬ照明素子を発光させることが可能となる。なお、この電圧は１００Ｖに限定するものではなく、昇圧回路で昇圧させたものを用いても構わない。さらに、商用電圧が２００Ｖ，２２０Ｖ，２５０Ｖのときは、その電圧値に応じて、発光セグメント１を直列に追加接続すればよい。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限らず、種々の形態で実施することができる。
【００２９】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に記載の有機ＥＬ照明素子は、陽極及び陰極で有機ＥＬ発光層を挟んでなる発光セグメントを複数具備し、その複数の発光セグメントが同時に発光するよう形成した有機ＥＬ照明素子であって、上記複数の発光セグメントが直列接続になるよう、陽極及び陰極が、異なる発光セグメント間で電気的に接続されてなるので、安定して発光させることが可能になる、という効果を奏する。
【００３０】
本発明の請求項２に記載の有機ＥＬ照明素子によれば、請求項１に記載の発明において、上記直列接続された複数の発光セグメントからなる直列発光セグメント体を複数有すると共に、その複数の直列発光セグメント体が相互に並列接続されてなるので、上記の効果に加えて、発光面積をより容易に増加させることが可能になる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ＥＬ照明素子の第一の実施の形態における概略断面図である。
【図２】上記有機ＥＬ照明素子において、直線状に発光セグメントを配置したことを示す模式図である。
【図３】上記有機ＥＬ照明素子において、面状に発光セグメントを配置したことを示す模式図である。
【図４】上記有機ＥＬ照明素子において、発光セグメントの接続パターンを示す模式図である。
【図５】上記有機ＥＬ照明素子において、直列発光セグメント体を並列接続したことを示す模式図である。
【図６】上記有機ＥＬ照明素子において、各直列発光セグメント体をスイッチング部を介して並列接続したことを示す模式図である。
【図７】従来の有機ＥＬ照明素子を示す図である。
【符号の説明】
１発光セグメント
２電源
３基板
５直列発光セグメント体
１１陰極
１２有機ＥＬ発光層
１３陽極

Claims

陽極及び陰極で有機ＥＬ発光層を挟んでなる発光セグメントを複数具備し、その複数の発光セグメントが同時に発光する有機ＥＬ照明素子であって、
上記複数の発光セグメントが直列接続になるよう、
陽極及び陰極が、異なる発光セグメント間で電気的に接続されてなることを特徴とする有機ＥＬ照明素子。
上記直列接続された複数の発光セグメントからなる直列発光セグメント体を複数有すると共に、
その複数の直列発光セグメント体が相互に並列接続されてなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ照明素子。