JP2015028918A - 発光装置、カメラ - Google Patents

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Abstract

【課題】光量の調整が可能な発光装置を提供する。または、信頼性の高い発光装置を提供する。または、消費電力の低い発光装置を提供する。または、影が生じにくい発光装置を提供する。または、小型の発光装置を提供する。【解決手段】制御信号により定電流パルスの大きさを制御することで、光量の調整が可能な発光装置である。具体的には、制御信号及び制御パルス信号が供給され、定電流パルスを供給する定電流電源と、制御信号を供給する制御装置と、制御パルス信号を供給する駆動回路と、定電流パルスが供給される発光パネルと、を有する発光装置を提供する。該制御信号は、定電流パルスの大きさを制御する信号であり、該発光パネルは発光素子を有し、発光素子の電流密度が10mA/cm2以上1000mA/cm2以下である。【選択図】図1

Description

本発明の一態様は、発光装置及び電子機器、並びにそれらの駆動方法に関する。特に、本発明の一態様は、有機エレクトロルミネッセンス(Electroluminescence、以下ELとも記す)現象を利用した発光装置及び電子機器、並びにそれらの駆動方法に関する。
有機ELを用いた発光素子(有機EL素子とも記す)の研究開発が盛んに行われている。有機EL素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の有機化合物を含む層(EL層とも記す)を挟んだものである。この素子に電圧を印加することにより、発光性の有機化合物からの発光を得ることができる。
有機EL素子は膜状に形成することが可能であるため、大面積の素子を容易に形成することができ、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。
例えば、特許文献1には、有機EL素子を用いた照明器具が開示されている。
特開2009−130132号公報
暗い場所でも写真を撮影できるように、フラッシュがカメラに搭載されている。
また、カメラを容易に携帯できるように、カメラの小型化や軽量化が求められている。
しかし、フラッシュを小さくすると、その発光部は線状又は点状に近づく。光は光源から直進するため、一の物体が投影する影は、光源が小さいほど明瞭になる。これにより、例えば、フラッシュを用いて人の顔を暗い場所で撮影すると、鼻の影が頬に投影されてしまう場合がある。
また、フラッシュが必要以上に強い光を発することで、本来明るさに強弱がある部分が写真で白一色になってしまう場合がある(いわゆる白飛び)。一方、フラッシュの発光が弱すぎると、暗い部分が写真で黒一色になってしまう場合がある(いわゆる黒潰れ)。したがって、環境や被写体の状況によって、光量の調整が可能なフラッシュが求められている。
例えば、無機材料を用いた発光ダイオードは光量の調整が可能であるが、点光源である。同じ光量を発する場合、点光源は、面光源や線光源に比べて、単位面積当たりの光量を大きくするか、発光時間を長くする必要がある。該発光ダイオードは発熱を伴って発光するため、大電流を流しての発光や長時間の発光により、該発光ダイオードの発熱量は多くなり、寿命が低下する恐れや、素子が破壊する恐れがある。高輝度型の発光ダイオードであっても、信頼性の観点から、1.0A以上、さらには1.5A以上の電流を流すことは困難である。
したがって、本発明の一態様は、光量の調整が可能な発光装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、信頼性の高い発光装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力の低い発光装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、影が生じにくい発光装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、発光装置の小型化や軽量化を目的の一とする。
なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。
本発明の一態様の発光装置は、制御信号及び制御パルス信号が供給され、定電流パルスを供給することができる定電流電源と、制御信号を供給することができる制御装置と、スタートスイッチを備え、スタートスイッチの開閉動作に伴い制御パルス信号を供給することができる駆動回路と、定電流パルスが供給される発光パネルと、を有し、制御信号は、定電流パルスの大きさを制御する信号であり、発光パネルは発光素子を有し、発光素子の電流密度が10mA/cm以上1000mA/cm以下である。
上記発光装置において、例えば、駆動回路は、半値幅が1ミリ秒以上1000ミリ秒以下の定電流を定電流電源が供給するように、制御パルス信号を供給すればよい。
また、本発明の一態様の発光装置は、定電流及び制御パルス信号が供給され、定電流パルスを供給することができる開閉回路と、制御信号が供給され、定電流を供給することができる定電流電源と、制御信号を供給することができる制御装置と、スタートスイッチを備え、スタートスイッチの開閉動作に伴い制御パルス信号を供給することができる駆動回路と、定電流パルスが供給される発光パネルと、を有し、制御信号は、定電流パルスの大きさを制御する信号であり、発光パネルは発光素子を有し、発光素子の電流密度が10mA/cm以上1000mA/cm以下である。
上記発光装置において、例えば、駆動回路は、半値幅が1ミリ秒以上1000ミリ秒以下の定電流を開閉回路が供給するように、制御パルス信号を供給すればよい。
また、上記各構成の発光装置において、検出した光量に応じた第1の検出信号を供給することができる光センサをさらに有していてもよい。このとき、該制御装置は、演算部を備え、第1の検出信号が供給される。そして、制御装置は、演算部で第1の検出信号を用いた演算を行い、演算結果に応じた定電流を定電流電源が供給するように、制御信号を供給する。
また、上記各構成の発光装置において、検出した距離に応じた第2の検出信号を供給することができる距離センサをさらに有していてもよい。このとき、該制御装置は、演算部を備え、第2の検出信号が供給される。そして、制御装置は、演算部で第2の検出信号を用いた演算を行い、演算結果に応じた定電流を定電流電源が供給するように、制御信号を供給する。
また、上記各構成の発光装置において、上記の光センサ及び距離センサの両方を有していてもよい。このとき、該制御装置は、演算部を備え、第1の検出信号及び第2の検出信号が供給される。そして、制御装置は、演算部で第1の検出信号及び第2の検出信号を用いた演算を行い、演算結果に応じた定電流を定電流電源が供給するように、制御信号を供給する。
また、上記各構成の発光装置において、発光パネルが、支持基板と、支持基板上の発光素子と、を有し、発光素子は、第2の電極よりも支持基板側の第1の電極と、第1の電極と重なる第2の電極と、第1の電極及び第2の電極の間のEL層と、を有していてもよい。このとき、支持基板が可撓性を有し、発光パネルが曲面を有していてもよい。
また、上記各構成の発光装置において、定電流電源が、直流電流を供給するACDCコンバータと、直流電流が供給され、定電流を供給することができるDCDCコンバータと、を有していてもよい。
なお、本明細書では、交流電流を直流電流に変換する装置をACDCコンバータといい、ある電圧の直流電流を異なる電圧の直流電流に変換する装置をDCDCコンバータという。また、電流センサとともにDCDCコンバータを用いて定電流電源を構成することができる。
また、上記各発光装置において、第1の電圧を供給する電池と、第1の電圧が供給され、第1の電圧より高い第2の電圧を供給する第1のDCDCコンバータと、第2の電圧が供給されるコンデンサと、コンデンサから電荷が供給され、定電流を供給することができる第2のDCDCコンバータと、を有していてもよい。
また、上記各構成の発光装置を備えるカメラ、デジタルスチルカメラ等の電子機器も本発明の一態様である。
本発明の一態様によれば、光量の調整が可能な発光装置を提供できる。または、信頼性の高い発光装置を提供できる。または、消費電力の低い発光装置を提供できる。または、影が生じにくい発光装置を提供できる。または、発光装置の小型化や軽量化を実現できる。
発光装置を説明する図。 発光装置を説明する図。 発光パネルを説明する図。 発光パネルを説明する図。 発光パネルを説明する図。 発光パネルを説明する図。 発光素子を説明する図。 電子機器を説明する図。 電子機器を説明する図。 発光装置を説明する図。 実施例の発光パネルの電圧−輝度特性を示す図。 実施例の発光パネルの発光スペクトルを示す図。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置の構成について、図1及び図2を用いて説明する。
本発明の一態様の発光装置は、制御装置が供給する制御信号によって、発光パネルが発する光量を調整できる。光量は、発光装置の使用者が手動で調整してもよいし、光センサが検出した発光装置の周囲の明るさや、距離センサが検出した対象物(カメラの被写体など)までの距離等に応じて発光装置が自動で調整してもよい。また、演算処理が可能な制御装置において、該明るさや該距離、又は事前に撮影した画像等の情報を用いて演算を行い、該演算の結果に基づいて光量を調整してもよい。
本発明の一態様の発光装置は、面光源である発光パネルを有する。例えば、有機EL素子を用いると、膜厚が小さく大面積の素子を容易に形成することができる。同じ光量を発する場合、面光源は、点光源や線光源に比べて、単位面積当たりの光量を小さくできる、又は発光時間を短くできる。また、発光面積が広いため放熱しやすい。したがって、発光パネルの局所的な発熱による劣化を抑制できる。つまり、本発明の一態様の発光装置は、調整可能な光量の範囲が広く、信頼性が高い。
<構成例1>
図1(A)に示す発光装置100は、発光パネル120、駆動回路130、定電流電源140a、及び制御装置150を有する。図1(A)に示す発光装置100において、DCDCコンバータが供給する電流の時間の経過に伴う変化の一例を図1(D)に示す。例えば、2Aの電流を50ミリ秒の間、発光パネル120に供給することができる。
定電流電源140aは、制御信号及び制御パルス信号が供給され、定電流パルスを供給することができる。また、発光パネル120には該定電流パルスが供給される。
制御装置150は、制御信号を供給することができる。制御信号は、定電流パルスの大きさを制御する信号である。定電流パルスの大きさを変化させることで、発光パネル120の光量を調整できる。
例えば、発光装置の使用者が所望の光量を選択して、該選択に対応した信号が制御装置150に供給される場合、制御装置150は該信号に応じた制御信号を供給してもよい。また、各種センサからの検出信号が制御装置150に供給される場合、制御装置150は該検出信号に応じた制御信号を供給してもよい。また、制御装置150が演算部を有している場合、制御装置150は、制御装置150に供給された信号を用いて演算を行い、演算結果に応じた制御信号を供給してもよい。
駆動回路130は、スタートスイッチ132を有し、制御パルス信号を供給することができる。ここで、駆動回路130は、スタートスイッチ132の開閉動作に伴い制御パルス信号を出力する。例えば、半値幅が1ミリ秒以上1000ミリ秒以下の定電流を定電流電源140aが供給するように、制御パルス信号を出力する。定電流電源140aは、駆動回路130から制御パルス信号が供給されるため、パルス状の定電流を発光パネル120に供給できる。
《発光パネル》
発光パネル120は、面光源であり、支持基板と、支持基板上の発光素子と、を有する。発光素子は単数であっても複数であってもよい。複数の発光素子に供給される定電流パルスの大きさは、一つの制御信号によって制御されていてもよいし、複数の制御信号によってそれぞれ独立に制御されていてもよい。
発光素子としては、例えば、有機EL素子を用いることができる。有機EL素子は、支持基板側の第1の電極と、第1の電極と重なる第2の電極と、第1の電極及び第2の電極の間のEL層とを有する。なお、発光パネル120の構成は、実施の形態2において詳細に説明し、有機EL素子の構成は、実施の形態3において詳細に説明する。
発光パネル120は発光部の面積が0.5cm以上1m以下であり、好ましくは5cm以上200cm以下、より好ましくは15cm以上100cm以下である。
発光パネル120は、例えば、発光素子の電流密度が10mA/cm以上1000mA/cm以下、好ましくは10mA/cm以上1500mA/cm以下、より好ましくは10mA/cm以上1700mA/cm未満、さらに好ましくは1mA/cm以上2000mA/cm以下の範囲で光量を調整することができる。
また、発光パネル120において、有機EL素子を用いると、発光パネル120の発光部の面積を大きくすることが容易であり、単位面積当たりの光量を少なくできる。これにより、単位面積当たりの発熱量を低減できる。したがって、無機材料を用いた発光ダイオード等を用いる場合に比べて、発光パネルの劣化が少なく、信頼性の高い発光装置を提供できる。
発光パネル120は、有機EL素子を用いると、従来のキセノンランプなどを用いる場合に比べて薄く、軽量にすることができる。また、発光に伴う発熱が発光パネル120の広い面積に分散されるため、効率よく放熱される。これにより、発光パネル120への蓄熱が抑制され、発光パネル120の劣化が抑制される。
また、発光パネル120は面光源であるため、本発明の一態様の発光装置をカメラのフラッシュとして用いても被写体に影が生じにくい。
発光性の有機化合物を選択して用いることにより、白色を呈する光を発するように、発光パネル120を構成できる。例えば、互いに補色の関係にある色を呈する光を発する複数の発光性の有機化合物を用いることができる。または、赤色、緑色及び青色を呈する光を発する3種類の発光性の有機化合物を用いることができる。また、さまざまな発光スペクトルを多様な有機化合物から選択して用いることができる。これにより、ホワイトバランスに優れた発光装置を得ることができる。
発光性の有機化合物を用いると、無機材料を用いた発光ダイオードに比べて幅が広い発光スペクトルを得られる。幅が広い発光スペクトルを有する光は、自然光に近く、写真の撮影に好適である。
また、発光パネル120が、異なる色を呈する発光素子を複数有していてもよい。カメラのフラッシュの色や色温度を可変とすることで、写真を撮影したときの被写体、環境、雰囲気等の再現性を高めることができる。また、発光装置が発光パネルを複数有し、各発光パネルで異なる色を呈する構成であってもよい。
また、支持基板等に可撓性を有する材料を用いて作製した可撓性を有する発光パネルは、曲面を有する筐体に沿わせて配置することができる。これにより、筐体に用いる意匠を損なうことなく発光装置を配置することができる。例えば、カメラの曲面を有する筐体に沿って、フラッシュを配置することができる。
《制御装置》
制御装置150が演算部を有する場合、制御装置150に供給される信号を用いて演算を行うことができる。制御装置150に供給される信号としては、光センサや距離センサ等の各種センサから供給される検出信号や、該検出信号がアンプを介して増幅された信号、該検出信号や増幅された信号がコンバータを介してアナログ信号からデジタル信号に変換された信号等が挙げられる。制御装置150は、例えば、CPU(Central Processing Unit)や、DSP(Digital Signal Processor)等のプロセッサー、演算プログラムを保存するRAM、ROM等のメモリを有していてもよい。
《定電流電源》
定電流電源140aは、直流電流を供給するACDCコンバータと、直流電流が供給されるDCDCコンバータと、を有する。DCDCコンバータが定電流を供給するタイミングは、制御パルス信号を用いて制御される。これにより、定電流パルスの波形を整えることができる。
《駆動回路》
駆動回路130は、所定の幅の制御パルス信号を供給する。所定の幅としては、例えば、1ミリ秒以上1000ミリ秒以下、好ましくは10ミリ秒以上100ミリ秒以下である。
例えば、スタートスイッチ132、ラッチ回路及びモノステイブル・マルチバイブレータを用いて、駆動回路130を構成することができる。
具体的には、スタートスイッチ132を用いてラッチ回路にハイ又はロウの信号を供給し、ラッチ回路はトリガ信号を供給し、トリガ信号が供給されたモノステイブル・マルチバイブレータは、所定の幅を有する矩形波を、制御パルス信号として供給する。
構成例1では、制御パルス信号を定電流電源140aに供給し、定電流電源140aを、制御パルス信号を用いて制御する構成を示したが、後述する構成例2のように、制御パルス信号を開閉回路110に供給してもよい。
<構成例2>
図1(B)に示す発光装置101は、開閉回路110、発光パネル120、駆動回路130、定電流電源140a、制御装置150、及び光センサ160を有する。
開閉回路110は、定電流及び制御パルス信号が供給され、定電流パルスを供給することができる。定電流電源140aは、制御信号が供給され、定電流を供給することができる。また、発光パネル120には該定電流パルスが供給される。発光パネル120は構成例1と同様の構成を適用できる。
光センサ160は、検出した光量に応じて、制御装置150に検出信号を供給することができる。制御装置150は演算部を有し、該演算部において該検出信号を用いた演算を行い、演算結果に応じた定電流を定電流電源140aが供給するように、制御信号を定電流電源140aに供給することができる。定電流電源140aは、制御装置150から制御信号が供給されるため、光センサ160が検出した光量に応じて調整された定電流を、発光パネル120に供給できる。
駆動回路130は、スタートスイッチ132を有し、制御パルス信号を供給することができる。ここで、駆動回路130は、スタートスイッチ132の開閉動作に伴い制御パルス信号を出力する。例えば、半値幅が1ミリ秒以上1000ミリ秒以下の定電流を開閉回路110が供給するように、制御パルス信号を出力する。開閉回路110は、駆動回路130から制御パルス信号が供給されるため、パルス状の定電流を発光パネル120に供給できる。
つまり、発光装置101では、光センサ160が検出した光量に応じて、発光パネル120が発する光量を調整することができる。例えば、周囲の明るさを光センサ160で検知し、制御装置150で演算を行うことで、発光パネルが最適な光量を発するよう発光パネル120に供給する電流を調整できる。
例えば、発光装置101をカメラのフラッシュとして用いる場合、光センサ160が多くの光量を検出するほど(被写体の周囲が明るいほど)、発する光量が少なくなるように制御してもよい。これにより、写真の白飛びや黒潰れを抑制できる。
また、例えば、発光装置101を自転車や自動車のライトとして用いる場合、光センサ160の検出する光量が一定量以下となったときに発光するよう制御し、さらに検出する光量が少ないほど(周囲が暗く発光装置101の発光が認識しやすい環境であるほど)、発する光量が少なくなるように制御してもよい。これにより、必要以上の光を発することを防止できるため、発光装置の省電力化、長寿命化を図ることができる。
《光センサ》
光センサ160は、フォトダイオードなどの光電変換素子を有する。光センサ160は受光した光量に応じた検出信号を制御装置150に供給する。
《開閉回路》
開閉回路110は、定電流と制御パルス信号が供給されている間、定電流パルスを発光パネル120に供給する。
例えば、開閉回路110がパワートランジスタ又はパワーFETを有していてもよい。具体的には、パワートランジスタのゲートに制御パルス信号を供給し、第1の電極に定電流を供給し、第2の電極に発光パネル120を電気的に接続して、開閉回路110を構成できる。
図1(B)に示す発光装置101において、DCDCコンバータが供給する定電流の一例を図1(C)に示す。また、開閉回路110が供給する電流の時間の経過に伴う変化の一例を図1(D)に示す。例えば、2Aの電流を50ミリ秒の間、発光パネル120に供給することができる。
<構成例3>
図2(A)に示す発光装置102は、定電流電源の構成と、距離センサ162及びカウンタ回路155を備える点と、で、図1(B)に示す発光装置101と異なる。なお、他の構成は発光装置101と同じであるため、上記構成例2の説明を参酌するものとする。
《距離センサ》
距離センサ162は、測定した距離に応じた検出信号を制御装置150に供給する。距離センサ162には、超音波距離センサ、レーザ距離センサ等の各種センサを用いることができる。
制御装置150は、光センサからの検出信号及び距離センサからの検出信号を用いた演算を行う。そして、演算結果に応じた定電流を定電流電源140bが供給するように、制御信号を定電流電源140bに供給することができる。定電流電源140bは、制御装置150から制御信号が供給されるため、光センサ160が検出した光量や距離センサ162が測定した距離に応じて調整された定電流を、開閉回路110に供給できる。
つまり、発光装置102では、光センサ160が検出した光量や距離センサ162が測定した距離に応じて、発光パネル120が発する光量を調整することができる。例えば、発光装置102をカメラのフラッシュとして用いる場合、被写体の周囲の明るさを光センサ160で検知し、被写体からカメラまでの距離を距離センサ162で検知し、制御装置150で演算を行うことで、発光パネルが最適な光量を発するよう発光パネル120に供給する電流を調整できる。これにより、写真の白飛びや黒潰れを抑制できる。また、必要以上の光を発することを防止できるため、発光装置の省電力化、長寿命化を図ることができる。
《定電流電源の変形例》
定電流電源140bは、第1の電圧を供給する電池と、第1の電圧が供給され第1の電圧より高い第2の電圧を供給する第1のDCDCコンバータと、第2の電圧が供給されるコンデンサと、コンデンサから電荷が供給される第2のDCDCコンバータと、を有する。
第1のDCDCコンバータは、電池の電圧(第1の電圧)を第2の電圧に昇圧して供給する。
コンデンサは、第2の電圧で充電される。
第2のDCDCコンバータは、コンデンサに蓄えられた電荷が供給され、定電流を供給する。
この構成によれば、コンデンサが電荷を第2のDCDCコンバータに供給する間において、第2のDCDCコンバータは定電流を供給することができる。なお、コンデンサに蓄えられた電荷が所定の量を下回ると、第2のDCDCコンバータは定電流を供給できなくなる。
定電流電源140bが供給する電流の時間の経過に伴う変化の一例を図2(B)に示す。
定電流電源140bは、少なくとも駆動回路130が供給する制御パルス信号の幅(例えば50ミリ秒)より長く、定電流を供給することができる。電流が開閉回路110を流れると、コンデンサに蓄えられた電荷が消費され、ついには定電流電源140bが定電流を供給することができなくなる。その結果、矩形波でない電流が発光パネル120に流れることにより、発光パネル120が所定の輝度より低い輝度で発光し、電力が不要に消費されてしまう。開閉回路110は、このように電力が不要に消費されないように、所定の時間、電流を供給した後に、電流の供給を停止することができる。なお、開閉回路110が供給する電流の時間の変化に伴う変化の一例を図2(C)に示す。
このように、定電流電源140bは、電池を用いて定電流を供給することができる。これにより、携帯が容易な発光装置102を提供することができる。
《カウンタ回路》
カウンタ回路155は駆動回路130が制御パルス信号を供給した回数を積算する。これにより発光パネル120を発光させた回数を知ることができる。
発光パネル120の輝度が、発光パネル120を発光させた回数に依存して低下する場合がある。
カウンタ回路155に積算された回数を駆動回路130にフィードバックして、制御パルス信号の幅を長くしてもよい。これにより、発光パネル120の発光時間を長くして、低下した発光パネル120の明るさを補てんすることができる。
または、カウンタ回路155に積算された回数を定電流電源140bにフィードバックして、定電流電源140bが供給する定電流の大きさを大きくしてもよい。これにより、低下した発光パネル120の明るさを補てんすることができる。
以上のように、本発明の一態様を適用することで、電流値の制御により光量の調整が可能な発光装置を提供できる。また、面光源の発光パネルを有するため、フラッシュとして用いても被写体に影が生じにくい発光装置を提供できる。また、無機材料を用いた発光ダイオード等を用いる場合に比べて、多くの光量を発しても発光パネルの劣化が少なく、信頼性の高い発光装置を提供できる。また、キセノンランプ等を用いる場合に比べて、発光装置の小型化、薄型化が実現できる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置に用いることができる発光パネルの構成について、図3〜図5を用いて説明する。
《発光パネルの構成例1》
図3(A)は、本発明の一態様の発光パネルを示す平面図であり、図3(B)は、図3(A)を一点鎖線A−Bで切断した断面図である。
図3(A)(B)に示す発光パネルは、支持基板401、封止基板405及び封止材407に囲まれた空間415内に、発光素子403を備える。発光素子403は、ボトムエミッション構造の有機EL素子であり、具体的には、支持基板401上に可視光を透過する第1の電極421を有し、第1の電極421上にEL層423を有し、EL層423上に可視光を反射する第2の電極425を有する。
本発明の一態様に適用する発光素子はボトムエミッション構造に限られず、例えばトップエミッション構造であってもよい。
第1の端子409aは、補助配線417及び第1の電極421と電気的に接続する。第1の電極421上には、補助配線417と重なる領域に、絶縁層419が設けられている。第1の端子409aと第2の電極425は、絶縁層419によって電気的に絶縁されている。第2の端子409bは、第2の電極425と電気的に接続する。なお、本実施の形態では、補助配線417上に第1の電極421が形成されている構成を示すが、第1の電極421上に補助配線417を形成してもよい。
支持基板401と大気との界面に光取り出し構造411aを有することが好ましい。大気と支持基板401の界面に光取り出し構造411aを設けることで、全反射の影響で大気に取り出せない光を低減し、発光パネルの光の取り出し効率を向上させることができる。
また、発光素子403と支持基板401との間に光取り出し構造411bを有することが好ましい。光取り出し構造411bが凹凸を有する場合、光取り出し構造411bと第1の電極421の間に、平坦化層413を設けることが好ましい。これによって、第1の電極421を平坦な膜とすることができ、EL層423における第1の電極421の凹凸に起因するリーク電流の発生を抑制することができる。また、平坦化層413と支持基板401との界面に、光取り出し構造411bを有するため、全反射の影響で大気に取り出せない光を低減し、発光パネルの光の取り出し効率を向上させることができる。
光取り出し構造411a及び光取り出し構造411bの材料としては、例えば、樹脂を用いることができる。また、光取り出し構造411a及び光取り出し構造411bとして、半球レンズ、マイクロレンズアレイや、凹凸構造が施されたフィルム、光拡散フィルム等を用いることもできる。例えば、支持基板401上に上記レンズやフィルムを、支持基板401又は該レンズもしくはフィルムと同程度の屈折率を有する接着剤等を用いて接着することで、光取り出し構造411a及び光取り出し構造411bを形成することができる。
平坦化層413は、光取り出し構造411bと接する面よりも、第1の電極421と接する面のほうが平坦である。平坦化層413の材料としては、透光性を有し、高屈折率である材料(例えば、屈折液等の液状物質、ガラス、樹脂等)を用いることができる。
なお、本発明の一態様の発光パネルは、光取り出し構造を設けない構成とすることもできる。その場合、可視光を反射する第2の電極を鏡として用いることができ、好ましい。
《発光パネルの構成例2》
図4(A)は、本発明の一態様の発光パネルを示す平面図であり、図5(A)(B)は、それぞれ図4(A)を一点鎖線X1−Y1で切断した断面図である。
図5(A)に示す発光パネルでは、支持基板1220上に絶縁膜1224を介して発光素子1250が設けられている。絶縁膜1224上には補助配線1206が設けられており、第1の電極1201と電気的に接続する。補助配線1206の一部は露出しており端子として機能する。第1の電極1201の端部及び導電層1210の端部は隔壁1205で覆われている。また、第1の電極1201を介して補助配線1206を覆う隔壁1205が設けられている。発光素子1250は、支持基板1220、封止基板1228、及び封止材1227により封止されている。支持基板1220の表面には光取り出し構造1209が貼り合わされている。支持基板1220及び封止基板1228に可撓性を有する基板を用いることで、可撓性を有する発光パネルを実現できる。
発光素子1250はボトムエミッション構造の有機EL素子であり、具体的には、支持基板1220上に可視光を透過する第1の電極1201を有し、第1の電極1201上にEL層1202を有し、EL層1202上に可視光を反射する第2の電極1203を有する。
図5(B)に示す発光パネルでは、図5(A)に示す発光パネルが有する支持基板1220及び光取り出し構造1209の代わりに、光取り出し構造を有する支持基板1229が設けられている。支持基板1229は支持体としての機能及び発光パネルの光の取り出し効率を向上させる機能の双方を有する。
ここで、可撓性を有する発光パネルを作製する際、可撓性を有する基板上に発光素子を形成する方法としては、例えば、可撓性を有する基板上に、発光素子を直接形成する第1の方法と、可撓性を有する基板とは異なる耐熱性の高い基板(以下、作製基板と記す)上に発光素子を形成した後、作製基板と発光素子とを剥離して、可撓性を有する基板に発光素子を転置する第2の方法と、がある。
例えば、可撓性を有する程度に薄い厚さのガラス基板のように、発光素子の作製工程でかける温度に対して耐熱性を有する基板を用いる場合には、第1の方法を用いると、工程が簡略化されるため好ましい。
また、第2の方法を適用することで、作製基板上で高温をかけて形成した透水性の低い絶縁膜等を、可撓性を有する基板に転置することができる。したがって、透水性が高く、耐熱性が低い有機樹脂等を、可撓性を有する基板の材料として用いても、可撓性を有し、信頼性が高い発光パネルを作製できる。
《発光パネルの構成例3》
図4(B)は、本発明の一態様の発光パネルを示す平面図であり、図6(A)(B)は、それぞれ図4(B)を一点鎖線X2−Y2で切断した断面図の一例であり、図6(C)は、図4(B)を一点鎖線X3−Y3で切断した断面図である。
図6(A)〜(C)に示す発光パネルは、一部に開口部を有する点で、発光パネルの構成例2と異なる。ここでは相違点のみを詳細に説明し、共通点については発光パネルの構成例2の説明を参酌するものとする。
図6(A)(B)に示すように、発光パネルは、開口部において、電極やEL層が露出しないように、封止材1226を有することが好ましい。具体的には、発光パネルの一部を開口した後、露出した電極及びEL層を少なくとも覆うように封止材1226を形成すればよい。封止材1226には、封止材1227と同様の材料を用いることができ、同一の材料であっても異なる材料であってもよい。
図6(A)では、隔壁1205が形成されていない位置を開口した場合の例を示し、図6(B)では、隔壁1205が形成されている位置を開口した場合の例を示した。
このような発光パネルを作製し、開口部と重なるようにカメラのレンズを配置することで、カメラのレンズの周囲に発光部を配置できる。そして、該発光部をカメラのフラッシュとして用いることができる。
なお、基板の表面に光取出し構造を設けてもよい。
《発光パネルの材料》
本発明の一態様の発光パネルに用いることができる材料の一例を記す。
[基板]
発光素子からの光を取り出す側の基板には該光を透過する材料を用いる。例えば、ガラス、石英、セラミック、サファイア、有機樹脂などの材料を用いることができる。
膜厚の薄い基板を用いることで、発光パネルの軽量化、薄型化を図ることができる。さらに、可撓性を有する程度の厚さの基板を用いることで、可撓性を有する発光パネルを実現できる。また、可撓性を有する発光パネルを使用しないときに折りたたんで収納することもできる。これにより、写真スタジオのレフ板(board reflector)に換えて、広い面積でフラッシュ発光する照明装置として用いることができる。または、折り畳むことができる照明装置を提供することができる。
ガラスとしては、例えば、無アルカリガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス等を用いることができる。
可撓性及び可視光に対する透過性を有する材料としては、例えば、可撓性を有する程度の厚さのガラスや、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエーテルスルホン(PES)樹脂、ポリアミド樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等が挙げられる。特に、熱膨張係数の低い材料を用いることが好ましく、例えば、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、PET等を好適に用いることができる。また、ガラス繊維に有機樹脂を含浸した基板や、無機フィラーを有機樹脂に混ぜて熱膨張係数を下げた基板を使用することもできる。このような材料を用いた基板は、重量が軽いため、該基板を用いた発光パネルも軽量にすることができる。
また、発光を取り出さない側の基板は、透光性を有していなくてもよいため、上記に挙げた基板の他に、金属材料や合金材料を用いた金属基板等を用いることもできる。金属材料や合金材料は熱伝導性が高く、基板全体に熱を容易に伝導できるため、発光パネルの局所的な温度上昇を抑制することができ、好ましい。可撓性や曲げ性を得るためには、金属基板の厚さは、10μm以上200μm以下が好ましく、20μm以上50μm以下であることがより好ましい。
金属基板を構成する材料としては、特に限定はないが、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、又はアルミニウム合金もしくはステンレス等の金属の合金などを好適に用いることができる。
また、導電性の基板の表面を酸化する、又は表面に絶縁膜を形成するなどにより、絶縁処理が施された基板を用いてもよい。例えば、スピンコート法やディップ法などの塗布法、電着法、蒸着法、又はスパッタリング法などを用いて絶縁膜を形成してもよいし、酸素雰囲気で放置する又は加熱するほか、陽極酸化法などによって、基板の表面に酸化膜を形成してもよい。
可撓性の基板としては、上記材料を用いた層が、発光パネルの表面を傷などから保護するハードコート層(例えば、窒化シリコン層など)や、押圧を分散可能な材質の層(例えば、アラミド樹脂層など)等と積層されて構成されていてもよい。また、水分等による発光素子の寿命の低下等を抑制するために、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等の窒素と珪素を含む膜や、窒化アルミニウム膜等の窒素とアルミニウムを含む膜等の透水性の低い絶縁膜を有していてもよい。
基板は、複数の層を積層して用いることもできる。特に、ガラス層を有する構成とすると、水や酸素に対するバリア性を向上させ、信頼性の高い発光パネルとすることができる。
例えば、発光素子に近い側からガラス層、接着層、及び有機樹脂層を積層した基板を用いることができる。当該ガラス層の厚さとしては20μm以上200μm以下、好ましくは25μm以上100μm以下とする。このような厚さのガラス層は、水や酸素に対する高いバリア性と可撓性を同時に実現できる。また、有機樹脂層の厚さとしては、10μm以上200μm以下、好ましくは20μm以上50μm以下とする。このような有機樹脂層をガラス層よりも外側に設けることにより、ガラス層の割れやクラックを抑制し、機械的強度を向上させることができる。このようなガラス材料と有機樹脂の複合材料を基板に適用することにより、極めて信頼性が高いフレキシブルな発光パネルとすることができる。
[絶縁膜]
支持基板と発光素子の間に、絶縁膜を形成してもよい。絶縁膜には、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などの無機絶縁膜を用いることができる。特に、発光素子への水分等の侵入を抑制するため、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等の透水性の低い絶縁膜を用いることが好ましい。同様の目的や材料で、発光素子を覆う絶縁膜を設けてもよい。
[隔壁]
隔壁には、有機樹脂又は無機絶縁材料を用いることができる。有機樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ樹脂、又はフェノール樹脂等を用いることができる。無機絶縁材料としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。隔壁の作製が容易となるため、特に感光性の樹脂を用いることが好ましい。
隔壁の形成方法は、特に限定されず、例えば、フォトリソグラフィ法、スパッタ法、蒸着法、液滴吐出法(インクジェット法等)、印刷法(スクリーン印刷、オフセット印刷等)等を用いればよい。
[補助配線]
補助配線は必ずしも設ける必要は無いが、電極の抵抗に起因する電圧降下を抑制できるため、設けることが好ましい。
補助配線の材料は、銅(Cu)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、ネオジム(Nd)、スカンジウム(Sc)、ニッケル(Ni)、から選ばれた材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成する。また、補助配線の材料としてアルミニウムを用いることもできる。アルミニウムを用いる場合には、透明酸化物導電材料を直接接して設けると腐食する恐れがある。そのため、腐食が生じないように補助配線を積層構造とし、ITOなどと接しない層にアルミニウムを用いることが好ましい。補助配線の膜厚は、0.1μm以上3μm以下とすることができ、好ましくは、0.1μm以上0.5μm以下である。
[封止材]
発光パネルの封止方法は限定されず、例えば、固体封止であっても中空封止であってもよい。例えば、ガラスフリットなどのガラス材料や、二液混合型の樹脂などの常温で硬化する硬化樹脂、光硬化性の樹脂、熱硬化性の樹脂などの樹脂材料を用いることができる。発光パネルは、窒素やアルゴンなどの不活性な気体で充填されていてもよく、PVC(ポリビニルクロライド)樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)樹脂等の樹脂で充填されていてもよい。また、樹脂内に乾燥剤が含まれていてもよい。
[光取り出し構造]
光取り出し構造としては、半球レンズ、マイクロレンズアレイ、凹凸構造が施されたフィルム、光拡散フィルム等を用いることができる。例えば、基板上に上記レンズやフィルムを、該基板又は該レンズもしくはフィルムと同程度の屈折率を有する接着剤等を用いて接着することで、光取り出し構造を形成することができる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置に用いることができる発光素子について図7を用いて説明する。
《発光素子の構成例》
図7(A)に示す発光素子は、第1の電極201及び第2の電極205の間にEL層203を有する。本実施の形態では、第1の電極201が陽極として機能し、第2の電極205が陰極として機能する。
第1の電極201と第2の電極205の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、EL層203に第1の電極201側から正孔が注入され、第2の電極205側から電子が注入される。注入された電子と正孔はEL層203において再結合し、EL層203に含まれる発光物質が発光する。
EL層203は、発光物質を含む発光層303を少なくとも有する。
また、EL層203は、発光層以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、又はバイポーラ性の物質(電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質)等を含む層をさらに有していてもよい。EL層203には低分子系化合物及び高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。
図7(B)に示す発光素子は、第1の電極201及び第2の電極205の間にEL層203を有し、該EL層203では、正孔注入層301、正孔輸送層302、発光層303、電子輸送層304、及び電子注入層305が、第1の電極201側からこの順に積層されている。
図7(C)(D)に示す発光素子のように、第1の電極201及び第2の電極205の間に複数のEL層が積層されていてもよい。この場合、積層されたEL層の間には、中間層207を設けることが好ましい。中間層207は、電荷発生領域を少なくとも有する。
例えば、図7(C)に示す発光素子は、第1のEL層203aと第2のEL層203bとの間に、中間層207を有する。また、図7(D)に示す発光素子は、EL層をn層(nは2以上の自然数)有し、各EL層の間には、中間層207を有する。
EL層203(m)とEL層203(m+1)の間に設けられた中間層207における電子と正孔の挙動について説明する。第1の電極201と第2の電極205の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、中間層207において正孔と電子が発生し、正孔は第2の電極205側に設けられたEL層203(m+1)へ移動し、電子は第1の電極201側に設けられたEL層203(m)へ移動する。EL層203(m+1)に注入された正孔は、第2の電極205側から注入された電子と再結合し、当該EL層203(m+1)に含まれる発光物質が発光する。また、EL層203(m)に注入された電子は、第1の電極201側から注入された正孔と再結合し、当該EL層203(m)に含まれる発光物質が発光する。よって、中間層207において発生した正孔と電子は、それぞれ異なるEL層において発光に至る。
なお、EL層同士を接して設けることで、両者の間に中間層と同じ構成が形成される場合は、中間層を介さずにEL層同士を接して設けることができる。例えば、EL層の一方の面に電荷発生領域が形成されている場合、その面に接してEL層を設けることができる。
また、それぞれのEL層の発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、二つのEL層を有する発光素子において、第1のEL層の発光色と第2のEL層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。また、3つ以上のEL層を有する発光素子の場合でも同様である。
《発光素子の材料》
以下に、それぞれの層に用いることができる材料を例示する。なお、各層は、単層に限られず、二層以上積層してもよい。
〈陽極〉
陽極として機能する電極(第1の電極201)は、導電性を有する金属、合金、導電性化合物等を一種又は複数種用いて形成することができる。特に、仕事関数の大きい(4.0eV以上)材料を用いることが好ましい。例えば、インジウムスズ酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)、珪素もしくは酸化珪素を含有したインジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム、グラフェン、金、白金、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、チタン、又は金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等が挙げられる。
なお、陽極が電荷発生領域と接する場合は、仕事関数の大きさを考慮せずに、様々な導電性材料を用いることができ、例えば、アルミニウム、銀、アルミニウムを含む合金等も用いることができる。
〈陰極〉
陰極として機能する電極(第2の電極205)は、導電性を有する金属、合金、導電性化合物などを1種又は複数種用いて形成することができる。特に、仕事関数が小さい(3.8eV以下)材料を用いることが好ましい。例えば、元素周期表の第1族又は第2族に属する元素(例えば、リチウム、セシウム等のアルカリ金属、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、マグネシウム等)、これら元素を含む合金(例えば、Mg−Ag、Al−Li)、ユーロピウム、イッテルビウム等の希土類金属、これら希土類金属を含む合金、アルミニウム、銀等を用いることができる。
なお、陰極が電荷発生領域と接する場合は、仕事関数の大きさを考慮せずに、様々な導電性材料を用いることができる。例えば、ITO、珪素又は酸化珪素を含有したインジウムスズ酸化物等も用いることができる。
電極は、それぞれ、真空蒸着法やスパッタリング法を用いて形成すれば良い。また、銀ペースト等を用いる場合には、塗布法やインクジェット法を用いれば良い。
〈正孔注入層301〉
正孔注入層301は、正孔注入性の高い物質を含む層である。
正孔注入性の高い物質としては、例えば、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の金属酸化物や、また、フタロシアニン(略称:HPc)、銅(II)フタロシアニン(略称:CuPc)等のフタロシアニン系の化合物を用いることができる。
また、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)、ポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)などの高分子化合物や、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
また、正孔注入層301を、電荷発生領域としても良い。陽極と接する正孔注入層301が電荷発生領域であると、仕事関数を考慮せずに様々な導電性材料を該陽極に用いることができる。電荷発生領域を構成する材料については後述する。
〈正孔輸送層302〉
正孔輸送層302は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。
正孔輸送性の高い物質としては、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば良く、特に、10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。例えば、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB又はα−NPD)、4−フェニル−4’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:BPAFLP)等の芳香族アミン化合物、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)、9−フェニル−3−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:PCzPA)等のカルバゾール誘導体、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)等の芳香族炭化水素化合物、PVK、PVTPA等の高分子化合物など、種々の化合物を用いることができる。
〈発光層303〉
発光層303は、蛍光を発光する蛍光性化合物や燐光を発光する燐光性化合物を用いることができる。
発光層303に用いることができる蛍光性化合物としては、例えば、N,N’−ビス[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニルスチルベン−4,4’−ジアミン(略称:YGA2S)、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)、ルブレン等が挙げられる。
また、発光層303に用いることができる燐光性化合物としては、例えば、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:FIrpic)、トリス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:Ir(ppy))(アセチルアセトナト)ビス(3,5−ジメチル−2−フェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(mppr−Me)(acac))等の有機金属錯体が挙げられる。
なお、発光層303は、上述した発光性の有機化合物(発光物質、ゲスト材料)を他の物質(ホスト材料)に分散させた構成としても良い。ホスト材料としては、各種のものを用いることができ、ゲスト材料よりも最低空軌道準位(LUMO準位)が高く、最高被占有軌道準位(HOMO準位)が低い物質を用いることが好ましい。
ゲスト材料をホスト材料に分散させた構成とすることにより、発光層303の結晶化を抑制することができる。また、ゲスト材料の濃度が高いことによる濃度消光を抑制することができる。
ホスト材料としては、上述の正孔輸送性の高い物質(例えば、芳香族アミン化合物やカルバゾール誘導体)や、後述の電子輸送性の高い物質(例えば、キノリン骨格又はベンゾキノリン骨格を有する金属錯体や、オキサゾール系配位子又はチアゾール系配位子を有する金属錯体)等を用いることができる。具体的には、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(4−フェニルフェノラト)アルミニウム(III)(略称:BAlq)などの金属錯体、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)などの複素環化合物や、CzPA、DNA、t−BuDNA、DPAnthなどの縮合芳香族化合物、NPB等の芳香族アミン化合物等を用いることができる。
また、ホスト材料は複数種用いることができる。例えば、結晶化を抑制するためにルブレン等の結晶化を抑制する物質をさらに添加しても良い。また、ゲスト材料へのエネルギー移動をより効率良く行うためにNPB、あるいはAlq等をさらに添加しても良い。
また、発光層を複数設け、それぞれの層の発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、発光層を2つ有する発光素子において、第1の発光層の発光色と第2の発光層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。また、発光層を3つ以上有する発光素子の場合でも同様である。
〈電子輸送層304〉
電子輸送層304は、電子輸送性の高い物質を含む層である。
電子輸送性の高い物質としては、正孔よりも電子の輸送性の高い有機化合物であれば良く、特に、10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質であることが好ましい。
電子輸送性の高い物質としては、例えば、Alq、BAlqなど、キノリン骨格又はベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等や、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX))、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ))などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体などを用いることができる。また、TAZ、BPhen、BCPなども用いることができる。
〈電子注入層305〉
電子注入層305は、電子注入性の高い物質を含む層である。
電子注入性の高い物質としては、例えば、リチウム、セシウム、カルシウム、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化カルシウム、酸化リチウム等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、又はそれらの化合物を用いることができる。また、フッ化エルビウムのような希土類金属化合物を用いることができる。また、上述した電子輸送層304を構成する物質を用いることもできる。
〈電荷発生領域〉
電荷発生領域は、正孔輸送性の高い有機化合物に電子受容体(アクセプター)が添加された構成であっても、電子輸送性の高い有機化合物に電子供与体(ドナー)が添加された構成であってもよい。また、これらの両方の構成が積層されていてもよい。
正孔輸送性の高い有機化合物としては、例えば、上述の正孔輸送層に用いることができる材料が挙げられ、電子輸送性の高い有機化合物としては、例えば、上述の電子輸送層に用いることができる材料が挙げられる。
また、電子受容体としては、7,7,8,8−テトラシアノ−2,3,5,6−テトラフルオロキノジメタン(略称:F4−TCNQ)、クロラニル等を挙げることができる。また、遷移金属酸化物を挙げることができる。また元素周期表における第4族乃至第8族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
また、電子供与体としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、又は元素周期表における第13族に属する金属及びその酸化物、炭酸塩を用いることができる。具体的には、リチウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、イッテルビウム、インジウム、酸化リチウム、炭酸セシウムなどを用いることが好ましい。また、テトラチアナフタセンのような有機化合物を電子供与体として用いてもよい。
なお、上述したEL層203及び中間層207を構成する層は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置を用いた電子機器について図8及び図9を用いて説明する。
本発明の一態様の発光装置は、デジタルスチルカメラ等のカメラのフラッシュ、撮影機能を有する携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)や携帯情報端末等が備えるカメラのフラッシュ等に用いることができる。また、自転車や自動車のライト、灯台、装飾用途などのイルミネーション等に用いることができる。
図8(A)はデジタルスチルカメラの一例を示している。デジタルスチルカメラ7300は、筐体7301、レンズ7304、発光装置7310等を有する。発光装置7310には、本発明の一態様の発光装置が適用されている。発光装置7310の発光部7303は、レンズ7304を囲うように配置されている。本発明の一態様の発光装置は可撓性を有するため、湾曲させることができる。デジタルスチルカメラ7300では、非発光部7305が筐体7301の形状に沿って折り曲げられているため、発光部7303をレンズ7304の周囲に広く配置できる。これにより、フラッシュを用いて人の顔を暗い場所で撮影する場合であっても、例えば鼻の影が頬に投影されにくくすることができる。なお、発光素子を非発光部7305に同一の工程で作製して設け、動作状態を示すインジケータに用いてもよい。
図8(B)(C)は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機7350の一面(表面ともいえる)を図8(B)に示し、該一面の背面(裏面ともいえる)を図8(C)に示す。
携帯電話機7350は、筐体7351、表示部7352、レンズ7354、発光装置7360等を有する。発光装置7360には、本発明の一態様の発光装置が適用されている。発光装置7360は発光部7353及び非発光部7355を有し、発光部7353は、レンズ7354を囲うように配置されている。発光部7353は、非発光時に鏡として用いる仕様であってもよい。
図9(A)は、携帯電話機7350の発光装置7360が2つの発光パネル7353a、7353bを有する変形例である。
図10に図9(A)における発光装置7360のブロック図を示す。発光装置7360は、2つの発光パネル7353a、7353b、駆動回路730、2つの定電流電源740a、740b、及び2つの制御装置750a、750bを有する。
2つの制御装置750a、750bには、携帯電話機7350の使用者が選択した条件に対応した信号や、各種センサからの検出信号が供給される。2つの制御装置750a、750bは、供給された信号に応じた制御信号をそれぞれ供給する。
定電流電源740aは、制御装置750aから供給された制御信号に応じた定電流パルスを発光パネル7353aに供給する。定電流電源740bは、制御装置750bから供給された制御信号に応じた定電流パルスを発光パネル7353bに供給する。したがって、2つの発光パネル7353a、7353bはそれぞれ独立に光量が調整される。これにより、発光装置が発する光量をより幅広い範囲で調整できるようになり、好ましい。
また、それぞれ色や色温度の異なる発光パネルを用いてもよい。例えば、2つの発光パネルの色温度が異なる場合は、それぞれの発光パネルの光量を調整することで発光装置が適切な色温度の光を発することができる。
また、駆動回路730は、スタートスイッチ732を有する。2つの発光パネル7353a、7353bは、それぞれ独立に駆動回路730から制御パルス信号が供給される。つまり、駆動回路730は、2つの発光パネル7353a、7353bに同一の制御パルス信号を供給してもよいし、異なる制御パルス信号を供給してもよい。
なお、発光装置7360が2つ以上の駆動回路を有していてもよい。また、発光装置7360が3つ以上の発光パネルを有していてもよい。また、光量の調整ができない発光パネルと、本発明の一態様の光量の調整ができる発光パネルと、を組み合わせてもよい。
図10に示す構成を有する発光装置7360では、発光パネル7353a、7353bをそれぞれ独立に発光させることができる。例えば、一方の発光パネルの発光のみで十分である場合は、一方の発光パネルのみを発光させ、より多くの光量が必要なときのみ双方の発光パネルを発光させてもよい。これにより、発光装置の消費電力や発光パネルの劣化を抑制できる。
図9(B)は、自転車の一例を示している。自転車7400は、ライト7405を有する。ライト7405には、本発明の一態様の発光装置が適用されている。
図9(C)は、自動車の一例を示している。自動車7410は、ライト7415を有する。ライト7415には、本発明の一態様の発光装置が適用されている。
本発明の一態様の発光装置を自転車や自動車のライトに用いる場合、例えば、光センサを用いて周囲の明るさを検知し、周囲が十分明るいときはライトを点灯しない、周囲が十分暗いときはライトを点灯し点滅させる、周囲の明るさが不十分ではあるが光が検出できるときは、ライトを点灯し点滅させ、かつ光量を多くする、等の制御を行うことができる。このように、本発明の一態様の発光装置は、適宜最適な光量に調整して発光を行うことができるため、省電力なライトを実現できる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
本実施例では、本発明の一態様の発光パネルについて説明する。
本実施例で作製した発光パネルの平面図を図4(A)に示し、図4(A)における一点鎖線X1−Y1間の断面図を図5(B)に示す。なお、図4(A)では発光パネルの構成の一部を省略して示す。
図5(B)に示すように、本実施例の発光パネルは、光取り出し構造を有する支持基板1229上に絶縁膜1224を介して発光素子1250が設けられている。絶縁膜1224上には補助配線1206が設けられており、第1の電極1201と電気的に接続する。補助配線1206の一部は露出しており端子として機能する。第1の電極1201の端部及び導電層1210の端部は隔壁1205で覆われている。また、第1の電極1201を介して補助配線1206を覆う隔壁1205が設けられている。発光素子1250は、支持基板1229、封止基板1228、及び封止材1227により封止されている。
本実施例の発光パネルでは、支持基板1229としてポリエステル系樹脂の拡散フィルムを用い、封止基板1228として薄いガラス層及びポリエチレンテレフタレート(PET)層を有する基板を用いた。これらの基板は可撓性を有し、本実施例の発光パネルは、フレキシブルな発光パネルである。また、本実施例の発光パネルにおける発光領域の面積は56mm×42mmである。
発光素子1250はボトムエミッション構造の有機EL素子であり、具体的には、支持基板1229上に可視光を透過する第1の電極1201を有し、第1の電極1201上にEL層1202を有し、EL層1202上に可視光を反射する第2の電極1203を有する。
本実施例の発光パネルの作製方法について説明する。
まず、作製基板であるガラス基板上に、下地膜、剥離層(タングステン膜)、被剥離層をこの順で形成した。本実施例において、被剥離層は、絶縁膜1224、補助配線1206、第1の電極1201、及び隔壁1205を含む。
補助配線1206は絶縁膜1224上に計7本形成した。このとき補助配線1206のピッチが5.3mmになるように、また幅L2が322μmとなるようにした。第1の電極1201としては、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)膜を形成した。補助配線1206を覆う隔壁1205は、幅L1が330μmとなるように計7本形成した。
次に、仮支持基板と、第1の電極1201と、を、剥離用接着剤を用いて接着し、剥離層を用いて被剥離層を作製基板より剥離した。これにより、被剥離層は仮支持基板側に設けられる。
続いて、作製基板から剥離され、絶縁膜1224が露出した被剥離層に紫外光硬化型接着剤を用いて支持基板1229を貼り合わせた。支持基板1229としては、前述の通り、ポリエステル系樹脂の拡散フィルムを用いた。その後、仮支持基板を剥離し、支持基板1229上に第1の電極1201を露出させた。
次に、第1の電極1201上にEL層1202及び第2の電極1203を形成した。EL層1202は、第1の電極1201側から、青色を呈する光を発する蛍光性化合物を含む発光層を有する第1のEL層、中間層、並びに、緑色を呈する光を発する燐光性化合物を含む発光層及び赤色を呈する光を発する燐光性化合物を含む発光層を有する第2のEL層がこの順で積層した。第2の電極1203には、銀を用いた。
次に、封止材1227であるゼオライトを含む光硬化性樹脂を塗布し、紫外光を照射することで硬化させた。そして、紫外光硬化型接着剤を用いて、支持基板1229と、封止基板1228である、薄いガラス層及びポリエチレンテレフタレート(PET)層を有する基板と、を貼り合わせた。
以上により得られた発光パネルの動作特性について測定を行った。このときの発光パネルの電圧−輝度特性を、図11の凡例のうち「初期」として示す。また、発光パネルの発光スペクトルを図12に示す。図12に示すように、本実施例の発光パネルは、青色を呈する光を発する蛍光性化合物、緑色を呈する光を発する燐光性化合物、赤色を呈する光を発する燐光性化合物それぞれに由来する光がいずれも含まれる発光スペクトルを示すことがわかった。
その後、該発光パネルを用いた発光装置の信頼性試験を行った。信頼性試験としては、発光パネルを、間隔をあけて3000回または1万回発光させた。発光1回につき、発光パネルに2Aの電流を50ミリ秒(ms)間流した。このときの発光素子の電流密度は90mA/cmに相当する。また、発光の間隔(非発光の時間)は10秒とした。
図11に、3千回発光させた後、及び1万回発光させた後の発光パネルの電圧−輝度特性を示す。
図11から、発光パネルの電圧−輝度特性は、1万回発光させた後でも、信頼性試験前とほとんど変わらず、発光パネルの劣化が見られなかった。このことから、本実施例の発光パネルの信頼性の高さが示された。
本実施例では、本発明の一態様に適用できる有機EL素子について説明する。
本実施例では、白色を呈する光を発する有機EL素子にどれだけ電流を流すことができるかを調べた。用いた有機EL素子の発光領域は2mm×2mmである。発光1回につき、有機EL素子に電流を50ミリ秒(ms)間流した。
この結果、有機EL素子に60mAの電流を流すことができた(電流密度1500mA/cmに相当)。しかし、68mAの電流を流す(電流密度1700mA/cmに相当)と、有機EL素子はショートした。
このことから、有機EL素子を適用した本発明の一態様の発光装置では、電流密度が1700mA/cm未満の範囲で、光量を調整することができると示唆された。このことから、無機材料を用いた発光ダイオード等に比べて、有機EL素子には大電流を流すことができると考えられる。
100 発光装置
101 発光装置
102 発光装置
110 開閉回路
120 発光パネル
130 駆動回路
132 スタートスイッチ
140a 定電流電源
140b 定電流電源
150 制御装置
155 カウンタ回路
160 光センサ
162 距離センサ
201 第1の電極
203 EL層
203a EL層
203b EL層
205 第2の電極
207 中間層
301 正孔注入層
302 正孔輸送層
303 発光層
304 電子輸送層
305 電子注入層
401 支持基板
403 発光素子
405 封止基板
407 封止材
409a 端子
409b 端子
411a 光取り出し構造
411b 光取り出し構造
413 平坦化層
415 空間
417 補助配線
419 絶縁層
421 第1の電極
423 EL層
425 第2の電極
730 駆動回路
732 スタートスイッチ
740a 定電流電源
740b 定電流電源
750a 制御装置
750b 制御装置
1201 第1の電極
1202 EL層
1203 第2の電極
1205 隔壁
1206 補助配線
1209 光取り出し構造
1210 導電層
1220 支持基板
1224 絶縁膜
1226 封止材
1227 封止材
1228 封止基板
1229 支持基板
1250 発光素子
7300 デジタルスチルカメラ
7301 筐体
7303 発光部
7304 レンズ
7305 非発光部
7310 発光装置
7350 携帯電話機
7351 筐体
7352 表示部
7353 発光部
7353a 発光パネル
7353b 発光パネル
7354 レンズ
7355 非発光部
7360 発光装置
7400 自転車
7405 ライト
7410 自動車
7415 ライト

Claims (12)

  1. 制御信号及び制御パルス信号が供給され、定電流パルスを供給することができる定電流電源と、
    前記制御信号を供給することができる制御装置と、
    スタートスイッチを備え、前記スタートスイッチの開閉動作に伴い前記制御パルス信号を供給することができる駆動回路と、
    前記定電流パルスが供給される発光パネルと、を有し、
    前記制御信号は、前記定電流パルスの大きさを制御する信号であり、
    前記発光パネルは発光素子を有し、
    前記発光素子の電流密度が10mA/cm以上1000mA/cm以下である発光装置。
  2. 請求項1において、
    前記駆動回路は、半値幅が1ミリ秒以上1000ミリ秒以下の定電流を前記定電流電源が供給するように、前記制御パルス信号を供給する発光装置。
  3. 定電流及び制御パルス信号が供給され、定電流パルスを供給することができる開閉回路と、
    制御信号が供給され、前記定電流を供給することができる定電流電源と、
    前記制御信号を供給することができる制御装置と、
    スタートスイッチを備え、前記スタートスイッチの開閉動作に伴い前記制御パルス信号を供給することができる駆動回路と、
    前記定電流パルスが供給される発光パネルと、を有し、
    前記制御信号は、前記定電流パルスの大きさを制御する信号であり、
    前記発光パネルは発光素子を有し、
    前記発光素子の電流密度が10mA/cm以上1000mA/cm以下である発光装置。
  4. 請求項3において、
    前記駆動回路は、半値幅が1ミリ秒以上1000ミリ秒以下の定電流を前記開閉回路が供給するように、前記制御パルス信号を供給する発光装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれか一項において、
    検出した光量に応じた第1の検出信号を供給することができる光センサと、
    演算部を備え、前記第1の検出信号が供給される前記制御装置と、を有し、
    前記制御装置は、前記演算部で前記第1の検出信号を用いた演算を行い、演算結果に応じた定電流を前記定電流電源が供給するように、前記制御信号を供給する発光装置。
  6. 請求項1乃至4のいずれか一項において、
    検出した距離に応じた第2の検出信号を供給することができる距離センサと、
    演算部を備え、前記第2の検出信号が供給される前記制御装置と、を有し、
    前記制御装置は、前記演算部で前記第2の検出信号を用いた演算を行い、演算結果に応じた定電流を前記定電流電源が供給するように、前記制御信号を供給する発光装置。
  7. 請求項1乃至4のいずれか一項において、
    検出した光量に応じた第1の検出信号を供給することができる光センサと、
    検出した距離に応じた第2の検出信号を供給することができる距離センサと、
    演算部を備え、前記第1の検出信号及び前記第2の検出信号が供給される前記制御装置と、を有し、
    前記制御装置は、前記演算部で前記第1の検出信号及び前記第2の検出信号を用いた演算を行い、演算結果に応じた定電流を前記定電流電源が供給するように、前記制御信号を供給する発光装置。
  8. 請求項1乃至7のいずれか一項において、
    前記発光パネルが、支持基板と、前記支持基板上の前記発光素子と、を有し、
    前記発光素子は、前記支持基板側の第1の電極と、前記第1の電極と重なる第2の電極と、前記第1の電極及び前記第2の電極の間のEL層と、を有する発光装置。
  9. 請求項8において、
    前記支持基板が可撓性を有し、
    前記発光パネルが曲面を有する発光装置。
  10. 請求項1乃至9のいずれか一項において、
    前記定電流電源が、
    直流電流を供給するACDCコンバータと、
    前記直流電流が供給され、定電流を供給することができるDCDCコンバータと、を有する発光装置。
  11. 請求項1乃至9のいずれか一項において、
    第1の電圧を供給する電池と、
    前記第1の電圧が供給され、前記第1の電圧より高い第2の電圧を供給する第1のDCDCコンバータと、
    前記第2の電圧が供給されるコンデンサと、
    前記コンデンサから電荷が供給され、定電流を供給することができる第2のDCDCコンバータと、を有する発光装置。
  12. 請求項1乃至11のいずれか一項に記載の発光装置を備えるカメラ。
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