JP2007266088A

JP2007266088A - 有機ｅｌ用点灯装置および照明装置

Info

Publication number: JP2007266088A
Application number: JP2006085868A
Authority: JP
Inventors: Minoru Maehara; 稔前原
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】回路構成を複雑にすることなく適切に電流を検出でき、かつ、長寿命化が可能な点灯制御を行う有機ＥＬ用点灯装置および照明装置を提供する。
【解決手段】交流電源ＰＳに接続されて直流電圧を出力する整流器５１と、整流器５１の出力電圧を可変する降圧コンバータ５２と、降圧コンバータ５２に接続され、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４でフルブリッジを構成するフルブリッジインバータ５３と、降圧コンバータ５２の出力とフルブリッジインバータ５３の間に接続されてフルブリッジインバータ５３の電流を検出する抵抗Ｒを有する電流検出回路５４と、フルブリッジインバータ５３に制御信号Ｓ１〜Ｓ４を供給する制御回路５５と、発光素子である有機ＥＬ素子１０とを備え、制御回路５５により、有機ＥＬ素子１０の最大出力値における順方向電圧印加期間Tonと逆方向電圧印加期間Toffの関係が、期間Ton／（期間Ton＋期間Toff）＜１となるよう制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パルス幅変調方式の有機ＥＬ用点灯装置および照明装置に関する。

近年、照明装置において、キャリア注入型の固体発光素子である有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子）を用いることが提案されている。有機ＥＬ素子は、有機薄膜を電極で挟んだ構造をしており、電極から注入されたキャリアが有機薄膜内で再結合し、この再結合のエネルギーによって励起された有機分子が基底状態に戻るときに放出する光を利用するものである。

有機薄膜を挟む電極の少なくとも一方には、光を取り出すために透明な材料が用いられる。有機ＥＬ素子は薄型且つ軽量の発光素子が構成できる。また、有機ＥＬ素子は駆動電圧が数Ｖから数十Ｖ程度の低電圧駆動が可能であり、これまでの主流の照明手段である放電灯に比べると駆動電圧が低いので、点灯装置が安価に構成でき、薄型・軽量の照明器具への応用が期待できる。

ところで、照明装置を利用するにあたり、省電力や照明の演出性といった観点から照明装置の調光が一般に行われており、従来の有機ＥＬ素子を用いた照明装置として、特許文献１に記載されたものがある。

この従来例は、図８に示すように、交流電源ＰＳから供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ手段２０と、コンバータ手段２０から供給される直流電流をオン／オフして有機ＥＬ素子１０に順方向の電流を間欠的に供給するスイッチング手段３０と、交流入力電源ＰＳよりも高いスイッチング周波数でスイッチング手段３０のオン／オフを切り換えさせるとともに、スイッチング手段３０のオンデューティー比を制御する制御手段４０とを備えた照明装置であって、ダイヤル等により使用者等が所望の輝度に調整可能な外部調光機構によって、所望の輝度値となるようにオンデューティー比を制御手段４０によって制御し、該オンデューティー比に応じてスイッチング手段３０をオン／オフすることで有機ＥＬ素子１０を点滅発光させている。

ここでスイッチング手段３０は交流電源ＰＳよりも高い周波数でスイッチングを行うため、輝度のちらつきを防止するとともに発光寿命を向上させている。また制御手段４０においてオンデューティー比を可変的に制御することで、所望の輝度を得ることができるようになっている。

図８に示した従来の照明装置では、スイッチング手段３０の電流を検出する抵抗Ｒｉが順方向時の電流ループに入っており、厳密に逆方向時の電圧とは同じ電圧が印加されない。すなわち、原理的には順方向電圧は逆方向電圧より小さくなる。

逆方向電圧が順方向電圧よりも高くなる理由は、逆方向の時は抵抗Ｒｉがループ上に無いため、順方向時にのみ電流検出抵抗Ｒｉの電圧降下が発生するためである。有機ＥＬ素子１０の順方向電圧に比べて、電流検出抵抗Ｒｉでの電圧降下は十分小さくないと、効率の面で不利であるが、有機ＥＬ素子１０の順方向電圧は比較的低電圧であるので、この電圧に比べて十分小さな値とすると、非常に小さな電圧となり検出精度の面で不利になる。従って、ある程度抵抗値は大きくなる必要があり、電圧降下も大きくなることが考えられる。

抵抗値がある程度大きい場合に、降圧コンバータの出力電圧が順方向時と逆方向時で同じであれば、逆方向時に有機ＥＬ素子に加わる電圧が順方向時に比べて大きくなる為、回路構成上配慮すべき要素が増す。

つまり、抵抗値が小さいと検出精度上の問題がある一方で、抵抗値が大きいと回路構成上の検討課題が増し、適切な抵抗値とすることが困難になる。
特開２００５−７８８２８号公報

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、回路構成を複雑にすることなく適切に電流を検出でき、かつ、長寿命化が可能な有機ＥＬ用点灯装置および照明装置を提供することを目的としている。

本発明の有機ＥＬ用点灯装置は、有機ＥＬ素子に順方向電圧を印加する期間Tonと前記有機ＥＬ素子に逆方向電圧を印加する期間Toffを設け、前記期間Tonと前記期間Toff の比率を変化させて調光する有機ＥＬ用点灯装置であって、前記順方向電圧と前記逆方向電圧がほぼ等しく、前記有機ＥＬ素子の最大出力値における前記期間Tonと前記期間Toffの関係が、期間Ton／（期間Ton＋期間Toff）＜１となるよう制御することを特徴とする。

上記構成によれば、有機ＥＬ素子の最大出力値における期間Tonと期間Toffの関係が、期間Ton／（期間Ton＋期間Toff）＜１となるように調光制御することにより、確実に逆電圧印加期間を確保し、長寿命化が可能な点灯制御を行うことができる。

また、本発明の有機ＥＬ用点灯装置は、所定の直流電力を出力するコンバータ手段と、前記コンバータ手段から供給される直流電力を交流電力に変換して前記有機ＥＬ素子に供給するスイッチング手段と、前記コンバータ手段と前記スイッチング手段との間に接続され、前記有機ＥＬ素子に流れる電流を検出する検出手段とを備えることを特徴とする。

上記構成によれば、検出手段を、コンバータ手段とスイッチング手段との間に接続することにより、有機ＥＬ素子に印加する順方向電圧が逆方向電圧とほぼ等しくなり、電流を検出する検出手段に小さな抵抗値の抵抗を使用して適切に電流を検出することができ、効率的な有機ＥＬ用点灯装置を提供することができる。

また、本発明の有機ＥＬ用点灯装置は、前記期間Tonと前記期間Toffの和が一定であることを特徴とする。また、本発明の有機ＥＬ用点灯装置は、前記期間Toffが一定であることを特徴とする。また、本発明の照明装置は、本発明の有機ＥＬ用点灯装置を用いたものである。

上記構成によれば、有機ＥＬ素子の最大出力時のオンデューティーが１００％未満となるので、有機ＥＬ素子に対して逆方向電圧を印加する時間が必ず存在することになり、リフレッシュ効果により有機ＥＬ素子の長寿命化を促進することができる。

本発明によれば、逆電圧印加期間を含む矩形波電圧で有機ＥＬ素子を点灯させる有機ＥＬ点灯回路において、パルス幅変調による調光方式を採用し、かつそのパルス幅の最大デューティを１００％未満とすることにより、逆電圧印加期間が確実に確保され、回路構成を複雑にすることなく適切に電流を検出でき、かつ、長寿命化が可能な有機ＥＬ調光方式を実現することができる。

図１は、本発明の実施形態にかかる有機ＥＬ用点灯装置５０を説明するための図である。本実施形態の有機ＥＬ用点灯装置５０は、交流電源ＰＳに接続されて直流電圧を出力する整流器５１と、整流器５１の出力電圧を可変する降圧コンバータ５２と、降圧コンバータ５２に接続され、４つのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４でフルブリッジを構成するフルブリッジインバータ５３と、降圧コンバータ５２の出力とフルブリッジインバータ５３の間に接続されてフルブリッジインバータ５３の電流を検出する抵抗Ｒを有する電流検出回路５４と、フルブリッジインバータ５３に制御信号Ｓ１〜Ｓ４を供給する制御回路５５と、発光素子である有機ＥＬ素子１０とを備える。

また、降圧コンバータ５２は、整流器５１の出力により充電されるコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１に充電された電圧をチョッピングするスイッチング素子Ｑ５と、ダイオードＤ１と、チョッピングされた電圧を平滑化するチョークコイルＬおよび平滑コンデンサＣ２とを備える。

本実施形態の有機ＥＬ用点灯装置５０では、フルブリッジインバータ５３の電流を検出する抵抗Ｒを降圧コンバータ５２とフルブリッジインバータ５３の間に接続することにより、有機ＥＬ素子１０に印加する順方向電圧と逆方向電圧をほぼ等しくする。

また、制御回路５５において、有機ＥＬ素子１０の最大出力値において有機ＥＬ素子１０に順方向電圧を印加する期間Tonと逆方向電圧を印加する期間Toffの関係が、
期間Ton／（期間Ton＋期間Toff）＜１・・・（式１）
となるように、フルブリッジインバータ５３を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の駆動信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する。

本実施形態の有機ＥＬ用点灯装置５０では、フルブリッジインバータ５３の電流を検出する抵抗Ｒを降圧コンバータ５２とフルブリッジインバータ５３の間に接続することにより、有機ＥＬ素子１０に印加する順方向電圧が逆方向電圧とほぼ等しくなる。これにより、電流検出回路５４に小さな抵抗値の抵抗Ｒを使用して適切に電流を検出することができる。また、本実施形態の有機ＥＬ用点灯装置５０を照明装置に適用することができる。

図２は、本発明の実施形態にかかる有機ＥＬ用点灯装置５０において、有機ＥＬ素子１０への各光出力に対応する印加電圧Ｖと流れる電流Ｉの関係を示す。同図に示すように、一定周期の矩形波電圧Ｖを有機ＥＬ素子１０に印加する。印加電圧Ｖが順方向電圧の場合は有機ＥＬ素子１０を点灯させ、逆方向電圧の場合は順方向電圧印加時にイオン化された電極をリフレッシュする。

図３は、順方向電圧を印加する期間の周期に対する割合（オンデューティー）と光出力の関係を示す。同図に示すように、本実施形態の有機ＥＬ用点灯装置５０では、最大のオンデューティーdmaxを１００％未満とする。最大出力時のオンデューティーを１００％未満とするので、有機ＥＬ素子１０に対して必ず逆方向電圧を印加する時間が存在することになり、リフレッシュ効果により有機ＥＬ素子１０を長寿命化する上で有利になる。

なお、図３では、オンデューティーと光出力の関係を直線関係にしているが、単調増加関係であれば直線関係に限定する必要は無い。また、オンデューティー０％で光出力を０％としているが、数％の時点で光出力が０％となるようにすることも勿倫かまわない。要は確実に逆方向電圧が一周期内に存在すればよい。

図４は、本発明の実施形態にかかる照明装置１００の概略構成を説明するための図である。本実施形態の照明装置１００は、蛍光灯に用いられる調光コントローラ２の調光信号を調光手段３に入力し、調光手段３で反転して有機ＥＬ素子の電圧印加時間を制御して調光する。すなわち、調光コントローラ２のパルス幅変調信号のオンデューティーと有機ＥＬ素子の点灯時間が反転するように制御される。

図４に示すように、本実施形態の照明装置１００は、光源となる固体発光素子１と、蛍光灯照明器具の調光に用いられる調光コントローラ２からの調光信号に基づいて固体発光素子１への直流電圧の印加を入切して固体発光素子１の調光を行う調光手段３とを備えている。

固体発光素子１は、たとえば有機ＥＬ素子のように規定の方向に直流電圧が印加されることで発光するもので、ここでは直流電源から供給される直流電圧により駆動しており、調光手段３によって直流電圧の印加を入切することで単位時間当たりの発光時間を変化させることで調光している。また有機ＥＬ素子の他に、発光ダイオード等の他の固体発光素子を用いても構わない。

調光コントローラ２の前面には操作部２ａと電源スイッチ２ｂとが備えられている。操作部２ａはレバーになっており、図における上下方向にスライドさせることで調光コントローラ２に内蔵された可変抵抗器の抵抗値を変更し、該抵抗値に対応した調光比に従ってパルス幅変調された調光信号を出力する。該調光信号によって、蛍光灯照明器具及び固体発光素子１を用いた照明装置それぞれの調光比を同時に調節することができる。ここで調光信号はＨｉとＬｏの二値から成るパルス幅変調信号で、該調光コントローラ２から出力される調光信号は調光比とオンデューティー比が逆比例の関係にあるため、調光つまみ２ａを前記上側方向、すなわち調光比を上げる方向にスライドさせるとオンデューティー比が小さくなり、前記下側方向、すなわち調光比を下げる方向にスライドさせるとオンデューティー比が大きくなるようになっている。電源スイッチ２ｂは、調光コントローラ２の電源である交流電源から供給される交流電力を入切するものである。

調光手段３はＨｉとＬｏの二値から成る調光信号を反転してスイッチング素子の制御端子に出力する反転回路３ａと、固体発光素子１と直列に接続されて、制御端子に入力される信号がＨｉレベルであるとオンとなり固体発光素子１に直流電圧を供給し、Ｌｏレベルであるとオフとなるスイッチング素子３ｂとで構成される。調光信号は電圧が１０Ｖ、周波数が１ｋＨｚのものが一般的であるので、スイッチング素子３ｂに低電圧でも駆動することができるＭＯＳＦＥＴを用いると調光信号によって直接駆動することが可能である。またスイッチング素子３ｂを直接駆動しない場合には、調光信号をスイッチング素子３ｂの制御信号として利用し、駆動用にバッファ回路を設ければよい。

以下、本実施形態の照明装置１００の動作を説明する。固体発光素子１は直流電源と調光手段３と直列に接続されており、調光手段３のスイッチング素子３ｂのオン／オフの切り換えによって直流電圧の印加の入切を行うことで点滅発光する。スイッチング素子３ｂは調光コントローラ２から出力される調光信号を反転回路３ａによって反転させたパルス幅変調信号により駆動し、該パルス幅変調信号がＨｉの時にスイッチをオンにすることで固体発光素子１に直流電圧を供給し、Ｌｏの時にスイッチをオフにする。

たとえば図５（ｂ）に示すオンデューティー比が５０％の調光信号の明るさと比較すると、同図（ａ）のように、オンデューティー比が２５％の調光信号の場合、反転回路３ａによってオンデューティー比が７５％のパルス幅変調信号に変換され、この信号によってスイッチング素子３ｂを駆動するため、単位時間当たりの電圧印加時間が長くなり固体発光素子１の明るさはオンデューティー比が５０％の場合と比較して明るくなる。同図（ｃ）のように、オンデューティー比が７５％の調光信号の場合は、反転回路３ａによってオンデューティー比が２５％のパルス幅変調信号に変換され、この信号によってスイッチング素子３ｂを駆動するため、単位時間当たりの電圧印加時間が短くなり固体発光素子１の明るさはオンデューティー比が５０％の場合と比較して暗くなる。上述のように、照明装置において調光コントローラ２から出力される調光信号を反転して使用することで、照明装置と蛍光灯照明器具の調光が統一される。

また、本実施形態の照明装置１００では、調光コントローラ２のパルス幅変調信号の最小オン幅が逆方向印加時間に相当するように制御することにより、逆方向電圧印加時間の最小時間を確保できるように構成する。仮に、調光コントローラ２のパルス幅変調信号の最小オン幅が０％まで小さくなる場合や、逆方向電圧印加時間より小さい場合には、調光手段３を逆方向電圧印加時間の最小時間を確保できるように構成する必要がある。

図６は、本発明の実施例３にかかる有機ＥＬ用点灯装置５０において、有機ＥＬ素子１０への各光出力に対応する印加電圧Ｖと流れる電流Ｉの関係を示す。有機ＥＬ素子１０へ逆方向電圧を印加する時間Toffを固定し、順方向電圧を印加する時間Tonを変化させて有機ＥＬ素子１０の光出力を変えて調光するものである。

最大照度出力時に順方向電圧を印加する時間Tonmaxとすると、点灯周期Ｔは、
Ｔ＝ Tonmax ＋ Toff ・・・（式２）
となるので、オンデューティーの最大値dmaxは、
dmax＝Tonmax／（Tonmax＋Toff）＜１・・・（式３）
となる。

光出力とオンデューティーの関係は概略図７の様になる。図７では、オンデューティーと光出力の関係を直線関係にしているが、単調増加関係であれば直線関係に限定する必要は無い。また、オンデューティー０％で光出力を０％としているが、数％の時点で光出力が０％となるようにすることも勿倫かまわない。要は確実に逆方向電圧が一周期内に存在すればよい。

本実施形態の有機ＥＬ用点灯装置５０によれば、有機ＥＬ素子１０の最大出力時のオンデューティーが１００％未満となるので、有機ＥＬ素子１０に対して必ず逆方向電圧を印加する時間が存在することになり、リフレッシュ効果により有機ＥＬ素子１０の長寿命化を促進することができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる有機ＥＬ用点灯装置および照明装置によれば、逆電圧印加期間を含む矩形波電圧で有機ＥＬ素子を点灯させる有機ＥＬ点灯回路において、パルス幅変調による調光方式を採用し、かつそのパルス幅の最大デューティを１００％未満とすることにより、有機ＥＬ素子の長寿命化の為の逆電圧印加期間が確実に確保され、長寿命な有機ＥＬ調光方式を実現することができる。また、有機ＥＬ素子に印加する順方向電圧を逆方向電圧とほぼ等しくすることにより、電流検出回路に小さな抵抗値の抵抗Ｒを使用して適切に電流を検出することができる。

本発明は、回路構成を複雑にすることなく適切に電流を検出でき、かつ、長寿命化が可能という効果を有し、パルス幅変調方式の有機ＥＬ用点灯装置および照明装置等に有用である。

本発明の実施形態にかかる有機ＥＬ用点灯装置５０を説明するための図本発明の実施形態にかかる有機ＥＬ用点灯装置５０において有機ＥＬ素子１０への各光出力に対応する印加電圧Ｖと流れる電流Ｉの関係を示す図（１）順方向電圧を印加する期間の周期に対する割合（オンデューティー）と光出力の関係を示す図（１）本発明の実施形態にかかる照明装置１００の概略構成を説明するための図本発明の実施形態にかかる照明装置１００の概略動作を説明するための図本発明の実施形態にかかる有機ＥＬ用点灯装置５０において有機ＥＬ素子１０への各光出力に対応する印加電圧Ｖと流れる電流Ｉの関係を示す図（２）順方向電圧を印加する期間の周期に対する割合（オンデューティー）と光出力の関係を示す図（２）従来の照明装置の概略構成を説明するための図

符号の説明

１固体発光素子
２調光コントローラ
２ａ操作部
２ｂ電源スイッチ
３調光手段
３ａ反転回路
３ｂスイッチング素子
１０有機ＥＬ素子
２０コンバータ手段
３０スイッチング手段
４０制御手段
５０有機ＥＬ用点灯装置
５１整流器
５２降圧コンバータ
５３フルブリッジインバータ
５４電流検出回路
５５制御回路
１００照明装置
１０１電極（陽極）
１０２電極（陰極）
１０３有機発光層
１０４パターン抵抗
１０５透明基板
１０６光反射部
１１２ホール輸送層
１１３電子輸送層
１１５端子Ａ
１１６端子Ｂ
１１７端子Ｃ

Claims

有機ＥＬ素子に順方向電圧を印加する期間Tonと前記有機ＥＬ素子に逆方向電圧を印加する期間Toffを設け、前記期間Tonと前記期間Toff の比率を変化させて調光する有機ＥＬ用点灯装置であって、
前記順方向電圧と前記逆方向電圧がほぼ等しく、
前記有機ＥＬ素子の最大出力値における前記期間Tonと前記期間Toffの関係が、
期間Ton／（期間Ton＋期間Toff）＜１
となるよう制御することを特徴とする有機ＥＬ用点灯装置。
請求項１記載の有機ＥＬ用点灯装置であって、
所定の直流電力を出力するコンバータ手段と、
前記コンバータ手段から供給される直流電力を交流電力に変換して前記有機ＥＬ素子に供給するスイッチング手段と、
前記コンバータ手段と前記スイッチング手段との間に接続され、前記有機ＥＬ素子に流れる電流を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする有機ＥＬ用点灯装置。
請求項１または２記載の有機ＥＬ用点灯装置であって、
前記期間Tonと前記期間Toffの和が一定であることを特徴とする有機ＥＬ用点灯装置。
請求項１または２記載の有機ＥＬ用点灯装置であって、
前記期間Toffが一定であることを特徴とする有機ＥＬ用点灯装置。
請求項１ないし４のいずれか一項記載の有機ＥＬ用点灯装置を用いた照明装置。