JP4533963B2 - 有機ｅｌ発光装置 - Google Patents

Description

本発明は有機ＥＬ発光装置、有機ＥＬ照明装置および有機ＥＬ発光装置の電流注入方法に関し、特に、内面に有機ＥＬ発光素子を形成した円筒型有機ＥＬ発光装置に電流を供給するための有機ＥＬ発光装置、有機ＥＬ照明装置および有機ＥＬ発光装置の電流注入方法に関するものである。

近年、有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子が形成された円筒型の面発光デバイスが提案されている。たとえば特開２００７−７３４０３号公報（特許文献１）によれば、面発光デバイスは、円筒形状の透明基材（管）と、この透明基材に形成された有機ＥＬ素子とを備えている。有機ＥＬ素子は、管の内側に順番に成膜された透明電極と、有機ＥＬ層と、金属電極とを有している。透明電極は、金属薄膜、インジウム、亜鉛、錫のいずれかの酸化物、またはチタンの窒化物が用いられている。金属電極は、アルミニウム、金、銀、銅などが用いられている。

また、たとえば特開２００３−１４２２５２号公報（特許文献２）には、筒状の非透湿性透明基板（管）と、この内周面に形成された有機ＥＬ素子とを備えている管状発光装置が開示されている。有機ＥＬ素子は、陽電極層、発光機能層および陰電極層からなる。陽電極層は仕事関数の大きい金属から形成され、陰電極層は仕事関数の小さい金属から形成されることが開示されている。

この有機ＥＬ素子は、ダイオードの特性を有し、透明電極および金属電極に電圧を印加して電流を注入することにより発光するデバイスである。つまり、有機ＥＬ素子は、一般的には直流電流を供給することで発光する。

特開２００７−７３４０３号公報 特開２００３−１４２２５２号公報

上記特許文献１および２に開示のデバイスでは、管の長手方向において発光輝度にばらつきが生じるという問題があった。また、この問題に対して上記特許文献１および２では何らの工夫もされていなかった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、発光輝度のばらつきを抑制する有機ＥＬ発光装置、有機ＥＬ照明装置および有機ＥＬ発光装置の電流注入方法を提供することである。

本発明の有機ＥＬ発光装置は、管と、第１電極層と、有機物層と、第２電極層とを備えている。管は、透光性を有している。第１電極層は、管の内側に管の延びる方向に沿って形成され、透光性を有している。有機物層は、第１電極層の内側に管の延びる方向に沿って形成され、電圧が印加されることにより発光する。第２電極層は、有機物層の内側に管の延びる方向に沿って形成されている。第１電極層および第２電極層のいずれか一方が陽極で、他方が陰極である。第１電極層の電気抵抗値と第２電極層の電気抵抗値とは同じである。

本発明の有機ＥＬ発光装置によれば、第１および第２電極層の延びる方向に沿う単位長さ当たりの電気抵抗値が同一である。このため、第１電極層および第２電極層のいずれか一方の陽極に電流を供給し、他方の陰極から電流を取り出すと、第１電極層および第２電極層の延びる方向に沿った互いに対向する位置において同一の電圧降下が生じる。つまり、管の長手方向に沿った第１電極層および第２電極層との電位差が同一になる。このため、第１電極層および第２電極層から有機物層に管の長手方向に沿って均一な電流を流すことができる。したがって、発光輝度のばらつきを抑制することができる。

なお、上記「第１電極層の電気抵抗値と第２電極層の電気抵抗値とは同じ」とは、第１電極層の電気抵抗値と第２電極層の電気抵抗値とは、数値が完全に同一である場合と、数値が実質的に同一とみなされる場合とを含む。数値が実質的に同一とみなされる場合とは、たとえば第２電極層の電気抵抗値が第１電極層の電気抵抗値の９０％以上１１０％の範囲内である。

上記有機ＥＬ発光装置において好ましくは、第１電極層の複数箇所と電気的に接続された第１外部電極と、第２電極層の複数箇所と電気的に接続された第２外部電極とをさらに備えている。第１外部電極から第１電極層の複数箇所までのそれぞれの距離が同じである。第２外部電極から第２電極層の複数箇所までのそれぞれの距離が同じである。

これにより、第１外部電極と第１電極層との電気的な接続に要する抵抗を均一にすることができる。また第２外部電極と第２電極層との電気的な接続に要する抵抗を均一にすることができる。このため、第１電極層および第２電極層の抵抗のうち、管の延びる方向と交差する方向における抵抗をより均一にすることができる。したがって、周方向における発光輝度のばらつきをより抑制することができる。

上記有機ＥＬ発光装置において好ましくは、第１外部電極は、第１電極層の一方端部で接続され、第２外部電極は、第２電極層の他方端部で接続され、第１電極層の一方端部は、管の内周側または外周側のいずれか一方であり、第２電極層の他方端部は、第１電極層の一方端部と管の周方向において反対側である。

これにより、第１電極層および第２電極層から有機物層により均一な電流を流すことができる。このため、発光輝度のばらつきをより抑制した有機ＥＬ発光装置を実現することができる。

上記有機ＥＬ発光装置において好ましくは、有機物層と陰極との間に位置し、かつ管の延びる方向に沿って配置された引き出し電極をさらに備えている。

これにより、引き出し電極に電圧を印加することで、陰極から均一な電子の放出を行うことができる。このため、陰極から引き出し電極を介して有機物層までを電子が直進することにより、有機物層に均一な電流を注入することができる。したがって、発光輝度のばらつきをより抑制することができる。

上記有機ＥＬ発光装置において好ましくは、第１電極層と有機物層と第２電極層とを含む発光素子は、管内に複数形成され、発光素子が相互に直列接続されている。

これにより、第１および第２電極層の長さを短くできるので、管の延びる方向の第１および第２電極層の電気抵抗を小さくできる。したがって、発光輝度のばらつきをより抑制することができる。

また、発光素子を相互に直列接続することで、電圧は上がるが、発光素子に流れる電流を下げることができる。消費電力は電圧と電流との積なので発光素子を相互に直列接続しても消費電力は変わらないが、電流を下げることで、第１および第２電極層に電流が流れるときに発生するジュール熱を抑制することができる。すなわち、大面積の発光素子を分割して直列接続することで、低電圧大電流発光を高電圧低電流発光に変換することができる。発光出力は変化しないが低電流化することで、第１および第２電極層でのジュール熱の発生を抑制できる。

さらに、発光素子を分割して直列接続することで、一つの発光素子が短絡（ショート）しても、他の発光素子に電流は供給されるので、発光を持続することができる。

上記有機ＥＬ発光装置において好ましくは、第２電極層の内側に管の延びる方向に沿って形成され、第１電極層と同じ電極の第３電極層と、第３電極層の内側に管の延びる方向に沿って形成され、電圧が印加されることにより発光する第２有機物層と、第２有機物層の内側に管の延びる方向に沿って形成され、第２電極層と同じ電極の第４電極層とをさらに備えている。第３電極層の電気抵抗値と第４電極層の電気抵抗値とは同じである。有機物層と第２有機物層との極性が同一方向である。第１電極層と第４電極層とが電気的に接続されている。

第１電極層、有機物層および第２電極層を含む第１発光素子（有機ＥＬ素子）はダイオードの特性をもっているので一方向にしか電流が流れない。第３電極層、第２有機物層および第４電極層を含む第２発光素子を第１発光素子と２段直列に重ねて、第１電極層と第２電極層との間、および、第３電極層と第４電極層との間に交流電圧を印加することで、第１および第２発光素子を交互に発光させることができる。交流電圧を印加すると、第１電極層と第２電極層との間、および、第３電極層と第４電極層との間を流れる電流の方向が変化するので、発光輝度のばらつきを抑制することができる。

また、一般的な有機ＥＬ発光装置は直流駆動なので、交流電圧を印加する場合には、交流を直流に変換する必要がある。交流駆動は正電圧と負電圧が切り替わるタイミングで多少のちらつきが存在する。しかし、上記第１および第２発光素子により、安定器やＡＣ−ＤＣコンバータが必要なく、これらに起因する電力損失を低減できる。

なお、「第１電極層と同じ電極の第３電極層」とは、第１電極層が陽極の場合には第３電極層も陽極であり、第１電極層が陰極の場合には第３電極層も陰極である。また、「第２電極層と同じ電極の第４電極層」とは、第２電極層が陽極の場合には第４電極層も陽極であり、第２電極層が陰極の場合には第４電極層も陰極である。

上記有機ＥＬ発光装置において好ましくは、管の内側で、かつ第１電極層の外側に管の延びる方向に沿って形成され、曲げることが可能な透光性を有する基板をさらに備えている。

このように、フレキシブルな基板が管の内面に形成された場合においても、上記事項はすべて適用できる。

上記有機ＥＬ発光装置において好ましくは、基板と第１電極層と有機物層と第２電極層とを有する積層体を複数含み、複数の積層体は筒状に重なるように巻かれ、第１電極層同士、および第２電極層同士を接続する帯状の補助電極をさらに備えている。

このように、透光性を有するフレキシブルな基板を管の内面に沿って多重に巻きつけて装着する場合においても、帯状の補助電極を基板上に設置した状態で巻きつければ、補助電極を基板の配線と接触させることができるので、上記事項はすべて適用できる。基板を多重に巻きつけることにより、発光面積を増やすことが可能となる。

上記有機ＥＬ発光装置において好ましくは、第１電極層に接続され、かつ第１電極層の電気抵抗を減らすための直線または金網状の金属電極をさらに備えている。

第１電極層は透光性を有しているので、通常の金属に比べて電気抵抗が大きい。第１電極層の外側または内側に直線または金網状の金属電極を設けることにより、電気抵抗を低減することができる。

本発明の有機ＥＬ照明装置は、上記いずれかの複数の有機ＥＬ発光装置と、複数の有機ＥＬ発光装置を接続する連結器とを備えている。

本発明の有機ＥＬ照明装置によれば、発光輝度のばらつきを抑制した有機ＥＬ発光装置を備えている。このため、発光輝度のばらつきを抑制した有機ＥＬ照明装置を実現することができる。

本発明の有機ＥＬ発光装置の電流注入方法は、上記いずれかに記載の有機ＥＬ発光装置
に電流を注入する方法であって、以下の工程を備えている。まず、陽極に電流が供給される。そして、管の延びる方向に沿って電流を流して、陰極から電流が取り出される。

本発明の有機ＥＬ発光装置の電流注入方法によれば、第１電極層の電気抵抗値と第２電極層の電気抵抗値とは同じであるので、陽極の電気抵抗値と陰極の電気抵抗値とは同じである。そして、有機物層は絶縁体に近く、電気抵抗値は陽極や陰極の電気抵抗値よりもかなり大きいので、筒型コンデンサに近い。このため、管の長手方向に沿って均一な電流を流すことができる。

以上説明したように本発明によれば、管の延びる方向において有機物層に均一な電流を供給することができるので、発光輝度のばらつきを抑制することができる。

本発明の実施の形態１における発光装置の構成を概略的に示す外観図であり、（Ａ）が上面図であり、（Ｂ）が側面図である。 図１（Ｂ）におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線から見たときの模式図である。 図２におけるＩＶ−ＩＶ線から見たときの模式図である。 本発明の実施の形態１における有機ＥＬ発光装置の等価回路図である。 本発明の実施の形態２における有機ＥＬ発光装置の概略的な断面図である。 本発明の実施の形態２における有機ＥＬ発光装置の等価回路図である。 本発明の実施の形態３における有機ＥＬ照明装置の構成を概略的に示す側面図である。 本発明の実施の形態３における有機ＥＬ照明装置の構成を概略的に示す上面図である。 本発明の実施の形態３における有機ＥＬ照明装置の等価回路図である。 本発明の実施の形態３における有機ＥＬ照明装置の等価回路図である。 本発明の実施の形態３の変形例１における有機ＥＬ照明装置の構成を概略的に示す外観図である。 本発明の実施の形態３の変形例２における有機ＥＬ照明装置の構成を概略的に示す外観図である。 本発明の実施の形態３の変形例３における有機ＥＬ照明装置の構成を概略的に示す外観図である。 本発明の実施の形態３の変形例４における有機ＥＬ照明装置の構成を概略的に示す外観図である。 本発明の実施の形態３の変形例５における有機ＥＬ照明装置の構成を概略的に示す外観図である。 本発明の実施の形態１の変形例１における有機ＥＬ発光装置の断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例１における有機ＥＬ発光装置の等価回路図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、本発明の実施の形態１の変形例１における有機ＥＬ発光装置の概念図である。 本発明の実施の形態１の変形例２における有機ＥＬ発光装置の断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例２における有機ＥＬ発光装置の等価回路図である。 本発明の実施の形態１の変形例２における有機ＥＬ発光装置の等価回路図である。 本発明の実施の形態１の変形例３の有機ＥＬ発光装置の構成の断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例３の基板を示す模式図である。 本発明の実施の形態１の変形例３の基板を示す模式図である。 本発明の実施の形態１の変形例３の有機ＥＬ発光装置の製造過程を示す模式図である。 本発明の実施の形態１の変形例４の有機ＥＬ発光装置の構成の断面図である。 本発明の実施の形態１の変形例４のフレキシブル基板および補助電極を示す模式図である。 本発明の実施の形態１の変形例４のフレキシブル基板および補助電極を示す模式図である。 本発明の実施の形態１の変形例５の金属電極を示す模式図である。 本発明の実施の形態１の変形例５の金属電極を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
はじめに本実施の形態の発光装置の構成について説明する。図１および図２のそれぞれは、本発明の実施の形態１における発光装置の構成を概略的に示す外観図および断面図である。

図１および図２を参照して、本実施の形態の有機ＥＬ発光装置１３０は、円筒管１（基材）と、有機ＥＬ素子１２と、封止部１１０と、電極１１２ａ、１１２ｂと、配線１１３ａ、１１３ｂと、乾燥剤１２７ａ、１２７ｂとを備えている。

円筒管１は、長さ方向（図中ＬＤ方向）に延びる空洞部を有する管である。すなわち円筒管１は管形状を有している。また円筒管１は透光性を有している。具体的には円筒管１は、たとえばソーダ石灰ガラスにより形成された、直径５０ｍｍ、長さ５４０ｍｍ、厚さ１ｍｍの管である。

有機ＥＬ素子１２は、円筒管１の内面上に順に、保護層１２ａと、透明陽極層１２ｂ（第１電極層）と、有機物層ＯＬと、陰極層１２ｇ（第２電極層）とを含んでいる。有機物層ＯＬは、第１〜第４の層１２ｃ〜１２ｆを有している。保護層１２ａと、透明陽極層１２ｂと、有機物層ＯＬと、陰極層１２ｇとは、円筒管１の中心（図中ＬＤ方向）から同心円状に配置されている。

保護層１２ａは、アルカリ金属イオンの移動を防止する機能を有している。よって円筒管１の材質にソーダ石灰ガラスなどのアルカリ金属イオンを含む材質が用いられても、円筒管１から透明陽極層１２ｂへアルカリ金属イオンが移動することが防止される。保護層１２ａは、たとえば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）により形成された厚さ１０ｎｍの層である
。

透明陽極層１２ｂは、透光性を有しており、かつ有機ＥＬ素子１２の陽極としての機能を有している。透明陽極層１２ｂは、導電性の酸化物層であり、たとえば酸化インジウム錫（ＩＴＯ(Tin doped Indium Oxide)）により形成された厚さ５μｍの層である。

有機物層ＯＬの第１の層１２ｃは、たとえば下記の式（１）に示す有機材料（ＮＰＤ）から形成された厚さ４０ｎｍの層である。

第２の層１２ｄは、たとえば、下記の式（２）に示す有機材料（Ｚｎｂｏｘ２）を主成分とし、かつ下記の式（３）に示すペリレン（Ｃ₂₀Ｈ₁₂）により１．５重量％のドーピングがなされた、厚さ７ｎｍの層である。

第３の層１２ｅは、たとえば、上記の式（２）に示す有機材料（Ｚｎｂｏｘ２）を主成分とし、かつ下記の式（４）に示す有機材料（ＤＣＭ１）により０．２５重量％のドーピングがなされた、厚さ２３ｎｍの層である。

第４の層１２ｆは、たとえば、上記の式（２）に示す有機材料（Ｚｎｂｏｘ２）から形成された、厚さ３０ｎｍの層である。

なお上記の第１の層１２ｃはホール輸送層としての機能を有し、第４の層１２ｆは電子輸送層としての機能を有している。また第２の層１２ｄおよび第３の層１２ｅのそれぞれは、ドーパント色素としてペリレンおよびＤＣＭ１を含有することにより、発光層としての機能を有している。第２の層１２ｄおよび第３の層１２ｅのそれぞれにおいて青色およびオレンジ色の発光が生じ、これら２色の光が混合することで白色の光が得られる。

陰極層１２ｇは、有機ＥＬ素子１２の陰極としての機能を有している。陰極層１２ｇは、金属層であり、たとえばアルミニウムにより形成された厚さ５０ｎｍの層である。

本実施の形態では、陰極層１２ｇは円筒管１の内周側に配置され、透明陽極層１２ｂは円筒管１の外周側に配置されている。また光を円筒管１の外部へ効率的に放出するために、陰極層１２ｇは光を反射させる性質を有し、透明陽極層１２ｂは光を透過させる性質を有している。このため、透明陽極層１２ｂの材料と陰極層１２ｇの材料とは異なっている。その結果、透明陽極層１２ｂの材料と陰極層１２ｇの材料とは、材料で決まる固有の電気抵抗値が異なっている。そこで、本実施の形態の陰極層１２ｇにおいて、円筒管１の延びる方向に沿う単位長さ当たりの電気抵抗値が透明陽極層１２ｂと同一になるように調節されている。言い換えると、電流経路に沿って透明陽極層１２ｂおよび陰極層１２ｇを切ったときの面の抵抗値が同一である。たとえば透明陽極層１２ｂがＩＴＯで構成され、陰極層１２ｇが金属で構成される場合には、陰極層１２ｇの厚みは透明陽極層１２ｂの厚みよりも薄くなる。

なお、透明陽極層１２ｂの材料と陰極層１２ｇの材料とは同一であってもよく、異なっていてもよい。

なお、有機物層ＯＬ上の領域のうち円筒管１の長さ方向の両端側の領域は、陰極層１２ｇが形成されていない。この陰極層１２ｇが形成されていない領域は、ショート防止用スペースＳＰである。このショート防止用スペースＳＰが設けられていることにより、陰極層１２ｇと透明陽極層１２ｂとが有機ＥＬ素子１２の端部において短絡することが防止されている。

封止部１１０は、封止部品１１０ａ、１１０ｂ、およびＯリング１２４ａ、１２４ｂを有している。封止部品１１０ａおよび１１０ｂのそれぞれには、有機ＥＬ発光装置１３０の外部に向かって突出した電極１１２ａおよび１１２ｂが配置されている。また封止部品１１０ａ、１１０ｂのそれぞれには、乾燥剤１２７ａ、１２７ｂが配置されている。封止部品１１０ａおよび１１０ｂのそれぞれには、円筒管１の両端に、Ｏリング１２４ａ、１２４ｂにより着脱可能に固定されている。封止部１１０の材質は、たとえばガラスまたはアルミニウムである。各Ｏリング１２４ａ、１２４ｂは、エラストマーからなり、エラストマーの復元力により封止部品１１０ａおよび１１０ｂのいずれかと、円筒管１とに密着されている。これにより封止部１１０は、不活性ガスＩＧが充填された円筒管１の内部を封止している。よって、有機ＥＬ素子１２が形成された領域、すなわち有機物層ＯＬと陰極層１２ｇとを含む領域が、有機ＥＬ発光装置１３０の外部から気密に封止されている。なおＯリング１２４ａ、１２４ｂによる封止をより確実にするため、封止部１１０にＯリング１２４ａ、１２４ｂを締め付けるためのネジが取り付けられてもよい。

図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線から見たときの模式図であり、透明陽極層１２ｂと配線１１３ａとの接続を概略的に示す。図３を参照して、透明陽極層１２ｂの複数箇所と電極１１２ａ（第１外部電極）とは、電気的に接続されている。電極１１２ａから透明陽極層１２ｂの複数箇所までのそれぞれの距離が同じである。

図４は、図２におけるＩＶ−ＩＶ線から見たときの模式図であり、陰極層１２ｇと配線１１３ｂとの接続を概略的に示す図である。図４を参照して、陰極層１２ｇの複数箇所と電極１１２ｂ（第２外部電極）とは、電気的に接続されている。電極１１２ｂ（第２外部電極）から陰極層１２ｇの複数箇所までのそれぞれの距離が同じである。

なお、上記「距離が同じ」とは、電極１１２ａから透明陽極層１２ｂの複数箇所までのそれぞれの電気抵抗値にばらつきがない程度であり、電極１１２ｂから陰極層１２ｇの複数箇所までのそれぞれの電気抵抗値にばらつきがない程度である。

また、電極１１２ａは、透明陽極層１２ｂの一方端部（円筒管１の外周側）で接続され、電極１１２ｂは、陰極層１２ｇの他方端部（円筒管１の内周側）で接続されている。

本実施の形態では、配線１１３ａの一端は透明陽極層１２ｂに放射状に電気的に接続されており、配線１１３ａの他端は電極１１２ａに電気的に接続されている。また配線１１３ｂの一端は陰極層１２ｇに放射状に電気的に接続されており、配線１１３ｂの他端は電極１１２ｂに電気的に接続されている。また電極１１２ａ、１１２ｂの各々は封止部品１１０ａ、１１０ｂの中心に貫通して形成されている。つまり、円筒管１の円周方向に対して配線１１３ａ、１１３ｂの長さをそれぞれ同じにすることができるので、配線１１３ａ、１１３ｂによる電気抵抗値の差を低減できる。この構成により、円筒管１の周方向において配線１１３ａ、１１３ｂの抵抗の差を低減することができる。このため、円筒管１の封止領域の外部に露出した電極１１２ａと電極１１２ｂとの間に電圧を印加することで、透明陽極層１２ｂと陰極層１２ｇとの間の有機物層ＯＬに均一な電位差が生じ、この電位差により有機物層ＯＬに均一な電流が供給されて均一な発光が生じる。

次に、本実施の形態の有機ＥＬ発光装置１３０を図５に示す等価回路図を用いて説明する。図５において、透明陽極層１２ｂと陰極層１２ｇとは抵抗で表し、有機ＥＬ素子１２はダイオードと抵抗とで表している。その他の部分は薄膜ではないので電気抵抗が無視できるものとして実線で表している。

図５に示すように、透明陽極層１２ｂの材料と陰極層１２ｇの材料とは、それぞれの機能に応じて異なっているので、透明陽極層１２ｂの電気抵抗率（単位体積当たりの電気抵抗値）と陰極層１２ｇの電気抵抗率（単位体積当たりの電気抵抗値）とはそれぞれ異なっている。しかし、透明陽極層１２ｂおよび陰極層１２ｇの少なくとも一方の膜厚を最適化することで、透明陽極層１２ｂおよび陰極層１２ｇの円筒管１の延びる方向に沿って対向する位置の単位長さ当たりの電気抵抗を同じにすることができる。このため、電極１１２ａから透明陽極層１２ｂに電流を供給し、他方の電極１１２ｂから陰極層１２ｇに電流を取り出すと、円筒管１の長さ方向において円筒管１の長さに比例した同一の電圧降下がそれぞれ生じる。たとえば、１０Ｖの直流電圧を印加した場合、透明陽極層１２ｂの電気抵抗によって透明陽極層１２ｂの中央では９Ｖになり、末端では８Ｖに電圧が降下する。陰極層１２ｇの出口側の電圧を０Ｖとすると、陰極層１２ｇの中央では１Ｖになり、末端では２Ｖの電圧が生じている。つまり、有機物層ＯＬに印加される電位差は全ての位置で８Ｖと同一になる。このように電流を注入することで、円筒管１の長手方向において発光層（有機物層ＯＬ）に均一に電流を流すことができる。

透明陽極層１２ｂおよび陰極層１２ｇにそれぞれ電圧を印加すると、電子と正孔とがそれぞれ注入される。注入された電子と正孔とが、電子輸送層としての第４の層１２ｆおよびホール輸送層としての第１の層１２ｃをそれぞれ通過し、発光層としての第２の層１２ｄおよび第３の層１２ｅで結合する。上述したように、本実施の形態では、有機物層ＯＬに印加される電圧差は全ての位置で同一であるので、有機物層ＯＬの膜厚が均一であれば、有機物層ＯＬに流れる電流は円筒管１の延びる方向の全ての位置で同じになる。したがって、円筒管１の延びる方向において発光輝度のばらつきを抑制することができる。

また、発光輝度のばらつきを抑制することができるので、複数の電極を分散して配置しなくても、大面積の有機物層ＯＬを用いることができる。

さらに、発光輝度の低い領域の輝度を向上する必要がないので、この発光輝度の低い領域の輝度を向上するために電流量を増加する必要がない。このため、透明陽極層１２ｂおよび陰極層１２ｇの電気抵抗によって発生するジュール熱を低減することができる。したがって、有機ＥＬ発光装置１３０の発光効率を向上でき、かつ寿命を向上することができる。

なお本実施の形態においては有機物層ＯＬ、透明陽極層１２ｂおよび陰極層１２ｇの膜厚を均一にしているが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、透明陽極層１２ｂの膜厚を変化させたとしても、陰極層１２ｇの膜厚を最適化することで、有機物層ＯＬに印加される電位差が全ての場所で同じになっていればよい。

また本実施の形態においては透明陽極層１２ｂは、陰極層１２ｇの外周側に配置しているが、本発明はこれに限定されるものではない。透明陽極層１２ｂが陰極層１２ｇの内周側に配置されていてもよい。この場合、透明陽極層１２ｂにおいて電極１１２ａと接続される一方端部が円筒管１の内周側で、陰極層１２ｇにおいて電極１１２ｂと接続される他方端部が円筒管１の外周側であってもよい。

また本実施の形態においては管（基材）として円筒管としているが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば管の断面形状が矩形であってもよい。

（変形例１）
図１７は、実施の形態１の変形例１における有機ＥＬ発光装置の断面図である。図１７を参照して、実施の形態１の変形例１における有機ＥＬ発光装置は、ショート防止用スペースＳＰを間に入れて３個の有機ＥＬ素子１２（発光素子）を有している。一の有機ＥＬ素子１２の陰極層１２ｇは、隣接する他の有機ＥＬ素子１２の透明陽極層１２ｂと、接続配線１１４ａで接続されている。つまり、複数の有機ＥＬ素子１２は、相互に直列接続されている。なお、接続配線１１４ａの代わりに陰極層１２ｇを延長して、隣接する有機ＥＬ素子１２の透明陽極層１２ｂと接続してもよい。

図１８は、実施の形態１の変形例１における有機ＥＬ発光装置の等価回路図である。図１８において、透明陽極層１２ｂは抵抗で表し、有機ＥＬ素子１２はダイオードと抵抗とで表している。その他の部分は薄膜ではないので電気抵抗が無視できるものとして実線で表している。

図１８を参照して、電極１１２ａから透明陽極層１２ｂに電流を供給し、他方の電極１１２ｂから陰極層１２ｇに電流を取り出すと、円筒管１の長さ方向において円筒管１の長さに比例した同一の電圧降下が各有機ＥＬ素子１２においてそれぞれ生じる。このように電流を注入することで、円筒管１の長手方向において発光層（有機物層ＯＬ）に均一に電流を流すことができる。

図１９は、実施の形態１の変形例１における有機ＥＬ発光装置の概念図である。図１９（Ａ）を参照して、円筒管１の延びる方向の透明陽極層１２ｂの電気抵抗が０．５Ωで、５Ｖの電圧で、かつ５Ａの電流で発光する有機ＥＬ素子１２は、透明陽極層１２ｂからおよそ１２．５Ｗ発熱する。図１９（Ｂ）を参照して、この有機ＥＬ素子１２を５分割して直列に接続すると、１個あたりの円筒管１の延びる方向の透明陽極層１２ｂの電気抵抗は０．１Ωになる。分割した有機ＥＬ素子１２の面積は１／５になるので、発光に必要な電流も１／５の１Ａになるが、円筒管１の内側の方向、有機物層ＯＬから陰極層１２ｇへの電気抵抗は５倍になる。ゆえに、分割した有機ＥＬ素子１２の１つは５Ｖの電圧で、かつ１Ａの電流で発光し、直列に５個接続した場合、２５Ｖの電圧で、かつ１Ａの電流で発光する。このとき、個々の透明陽極層１２ｂはおよそ０．１Ｗ発熱し、５個の合計でも０．５Ｗの発熱に抑制できる。すなわち、有機ＥＬ素子１２を５分割することにより発熱量を１／２５に減らすことができる。

（変形例２）
図２０は、実施の形態１の変形例２における有機ＥＬ発光装置の断面図である。図２０を参照して、実施の形態１の変形例２における有機ＥＬ素子１２は、円筒管１の外周から内周に向けて、透明陽極層１２ｂ（第１電極層）、有機物層ＯＬ（有機物層）、陰極層１２ｇ（第２電極層）、透明陽極層１２ｂ（第３電極層）、有機物層ＯＬ（第２有機物層）、および陰極層１２ｇ（第４電極層）の順番に形成されている。透明陽極層１２ｂ（第１電極層）、有機物層ＯＬ（有機物層）および陰極層１２ｇ（第２電極層）で第１発光素子（第１有機ＥＬ素子）を形成し、透明陽極層１２ｂ（第３電極層）、有機物層ＯＬ（第２有機物層）および陰極層１２ｇ（第４電極層）で第２発光素子（第２有機ＥＬ素子）を形成している。つまり、有機ＥＬ素子１２は、第１発光素子と第２発光素子とを含んでいる。透明陽極層１２ｂ（第１電極層）の電気抵抗値と陰極層１２ｇ（第２電極層）の電気抵抗値とは同じであり、かつ、透明陽極層１２ｂ（第３電極層）の電気抵抗値と陰極層１２ｇ（第４電極層）の電気抵抗値とは同じである。

有機物層ＯＬと透明陽極層１２ｂとの間（中間部）の陰極層１２ｇは、透明な材料が使用されている。各有機ＥＬ素子１２は、配線１１３ａ、１１３ｂと、接続配線１１４ａ、１１４ｂとで接続されている。電極１１２ａ、１１２ｂに交流を印加すると、プラスとマイナスとの極性が交互に入れ替わる。電極１１２ａがプラスで電極１１２ｂがマイナスの場合、外側の有機物層ＯＬが順方向電圧となって電流が流れ、発光する。内側の有機物層ＯＬは逆方向電圧となっているので電流が流れない。次に極性が反転し、電極１１２ａがマイナスで電極１１２ｂがプラスの場合、内側の有機物層ＯＬが順方向電圧となって電流が流れ、発光する。外側の有機物層ＯＬは逆方向電圧となっているので電流が流れない。

図２１および図２２は、実施の形態１の変形例２における有機ＥＬ発光装置の等価回路図である。図２１は、電極１１２ａがプラスで電極１１２ｂがマイナスの場合の等価回路図であり、図２２は、電極１１２ａがマイナスで電極１１２ｂがプラスの場合の等価回路図である。図２１および図２２において、透明陽極層１２ｂは抵抗で表し、有機ＥＬ素子１２はダイオードと抵抗とで表している。その他の部分は薄膜ではないので電気抵抗が無視できるものとして実線で表している。

図２１および図２２を参照して、電極１１２ａ、１１２ｂに交流を供給すると、円筒管１の長さ方向において円筒管１の長さに比例した同一の電圧降下がそれぞれ生じる。このように交流の場合であっても、円筒管１の長手方向において発光層（有機物層ＯＬ）に均一に電流を流すことができる。

（変形例３）
図２３は、本発明の実施の形態１の変形例３の有機ＥＬ発光装置の構成の断面図である。実施の形態１の変形例３の有機ＥＬ発光装置は、円筒管１の内側で、かつ透明陽極層１２ｂの外側に円筒管１の延びる方向に沿って形成され、曲げることが可能な透光性を有する基板をさらに備えている。図２４および図２５は、実施の形態１の変形例３の基板を示す模式図である。図２３および図２４を参照して、変形例３の基板は、たとえばフレキシブル基板１１５を用いている。

変形例３では、円筒管１の内面上に順に、フレキシブル基板１１５と、透明陽極層１２ｂと、有機物層ＯＬと、陰極層１２ｇとが形成されている。変形例３では、円筒管１の内面上にフレキシブル基板１１５が形成されているので、保護層１２ａは形成されていない。なお、フレキシブル基板１１５と円筒管１との間に保護層１２ａが形成されていてもよい。

変形例３の有機ＥＬ発光装置を製造する場合には、たとえば以下の方法により行なうことができる。まず、図２４を参照して、フレキシブル基板１１５を準備し、矢印の方向に曲げる。これにより、図２５に示すように円筒形状のフレキシブル基板１１５を形成できる。図２５に示すフレキシブル基板１１５を、円筒管１の内部に図２６に示す矢印の方向に沿って挿入する。なお、図２６は、実施の形態１の変形例３の有機ＥＬ発光装置の製造過程を示す模式図である。その後、有機ＥＬ素子１２などを形成することで、図２３に示す変形例３の有機ＥＬ発光装置を製造することができる。

ここで、変形例３の有機ＥＬ発光装置の製造方法は、上記方法に限定されず、図２４に示すフレキシブル基板１１５の上に有機ＥＬ素子１２を形成した後、図２５に示すように、円筒形状にして、図２６に示す円筒管１に挿入してもよい。

（変形例４）
図２７は、本発明の実施の形態１の変形例４の有機ＥＬ発光装置の構成の断面図である。図２８および図２９は、実施の形態１の変形例４のフレキシブル基板および補助電極を示す模式図である。図２７〜図２９を参照して、実施の形態１の変形例４の有機ＥＬ発光装置は、変形例３のフレキシブル基板１１５、透明陽極層１２ｂ、有機物層ＯＬおよび陰極層１２ｇが複数（図２７では２層）積層され、陰極層１２ｇに接触している帯状の補助電極１１４をさらに備えている。補助電極１１４は、積層されたフレキシブル基板１１５の内部のコンタクトをとるために設けられている。

変形例４は、円筒管１の内面上に順に、フレキシブル基板１１５と、透明陽極層１２ｂと、有機物層ＯＬと、陰極層１２ｇと、フレキシブル基板１１５と、透明陽極層１２ｂと、有機物層ＯＬと、陰極層１２ｇとが形成されている。つまり、フレキシブル基板１１５と透明陽極層１２ｂと有機物層ＯＬと陰極層１２ｇとを有する積層体を複数含み、複数の積層体は筒状に重なるように巻かれている。有機物層ＯＬとフレキシブル基板１１５との間に位置している陰極層１２ｇは透光性を有していることが好ましく、酸化インジウム錫などを用いることができる。

変形例４では、補助電極１１４は、配線１１３ａ、１１３ｂと、複数の陰極層１２ｇとをそれぞれ接続している。補助電極１１４は、陰極層１２ｇの代わりに透明陽極層１２ｂと接続されていてもよい。

変形例４の有機ＥＬ発光装置を製造する場合には、たとえば以下の方法により行なうことができる。まず、図２８を参照して、フレキシブル基板１１５と、フレキシブル基板１１５の長さ方向の両端側の領域に形成された補助電極１１４と、フレキシブル基板１１５上に形成された有機ＥＬ素子１２とを有する積層物を準備する。その後、この積層物を図２８に示す矢印の方向に曲げる。これにより、積層物を図２９に示すように円筒形状に形成できる。図２９に示す円筒形状のフレキシブル基板１１５などを、円筒管１の内部に図２６に示す矢印の方向に沿って挿入することで、図２７に示す変形例４の有機ＥＬ発光装置を製造することができる。

（変形例５）
図３０および図３１は、本発明の実施の形態１の変形例５の金属電極を示す模式図である。図３０および図３１に示すように、変形例５の有機ＥＬ発光装置は、第１電極層である透明陽極層１２ｂに接続され、かつ透明陽極層１２ｂの電気抵抗を減らすための直線または金網状の金属電極１２ｉをさらに備えている。金属電極１２ｉは、図３０に示すように直線、つまりストライプ状であってもよく、図３１に示すように金網状、つまりメッシュ状であってもよい。また、図３０および図３１では、透明陽極層１２ｂの外周に金属電極１２ｉが形成されているが、内周に形成されていてもよい。

透明陽極層１２ｂは透光性を有しているので、通常の金属に比べて電気抵抗が大きい。このため、透明陽極層１２ｂの外側または内側に直線または金網状の金属電極１２ｉを設けることにより、電気抵抗を低減することができる。

（実施の形態２）
はじめに、図６を参照して、本実施の形態の有機ＥＬ発光装置の構成について説明する。図６は本発明の実施の形態２における有機ＥＬ発光装置の概略的な断面図である。図６を参照して、本実施の形態の有機ＥＬ発光装置１３０では、実施の形態１における有機物層ＯＬと陰極層１２ｇとの間に位置し、かつ円筒管１の延びる方向に沿って配置された引き出し電極１１２ｃをさらに備えている。

図６を参照して、電極１１２ｂは、円筒管１の延びる方向に沿って延在し、有機物層ＯＬと対向している。この電極１１２ｂの円筒管１の内部であって、かつ有機物層ＯＬと対向する領域上に陰極層１２ｇが形成されている。この陰極層１２ｇは、有機物層ＯＬから空間的に離れた位置に設けられている。陰極層１２ｇが形成された領域の電極１１２ｂと
、陰極層１２ｇとで陰極１２ｈを構成している。この陰極層１２ｇは、たとえばカーボンナノチューブ、シリコンナノ結晶層などの電子放出源を用いることができる。

有機物層ＯＬと陰極１２ｈとの間の空間は、真空ＶＳである。本実施の形態では、円筒管１の内部は、真空ＶＳに保たれている。

引き出し電極１１２ｃは、陰極層１２ｇと有機物層ＯＬとの間に配置されている。この引き出し電極１１２ｃは、陰極層１２ｇから放出された電子を有機物層ＯＬに注入する際に、電界や磁界により制御することにより、整流、発振、変調、検波、増幅などの作用を行なうことができるように構成されている。このような引き出し電極１１２ｃとして、たとえばメッシュ状の金属部材を用いることができる。

次に、本実施の形態の有機ＥＬ発光装置１３０を図７に示す等価回路図で説明する。図７において、透明陽極層１２ｂは抵抗で表し、有機ＥＬ素子１２はダイオードと抵抗とで表している。その他の部分は薄膜ではないので電気抵抗が無視できるものとして実線で表している。

図７を参照して、引き出し電極１１２ｃに電圧を印加すると、陰極１２ｈの表面に形成した陰極層１２ｇから電子ｅが放出される。放出された電子ｅは引き出し電極１１２ｃの間を通過し、有機物層ＯＬに注入される。このため、有機ＥＬ素子１２に電流が注入される。

なお、引き出し電極１１２ｃに高電圧を印加して陰極１２ｈから電子ｅが放出されるので、電子ｅの放出は透明陽極層１２ｂの抵抗に影響されない。

本実施の形態における有機ＥＬ発光装置１３０によれば、有機物層ＯＬと陰極層１２ｇとの間に位置し、かつ円筒管１の延びる方向に沿って配置された引き出し電極１１２ｃをさらに備えている。このため、陰極層１２ｇから引き出し電極１１２ｃを介して有機物層ＯＬまでを電子ｅが直進することにより、有機物層ＯＬに均一な電流を注入することができる。したがって、有機ＥＬ発光装置１３０の発光輝度のばらつきをより抑制することができる。

また本実施の形態においては、電子ｅを効率よく有機物層ＯＬに注入することができるので、たとえば電流密度が０．１４ｍＡ／ｃｍ²以上で、発光効率が１３８ｃｄ／Ａ以上の高い電流効率で発光させることができる。

さらに、実施の形態１と異なり、本実施の形態では陰極１２ｈと有機物層ＯＬとの間に真空ＶＳの領域が形成されている。このため、有機物層ＯＬに生じる点欠陥によってショートすることを抑制することができる。

上記の有機ＥＬ発光装置１３０において好ましくは、陰極層１２ｇにカーボンナノチューブを使用する。カーボンナノチューブは印加電圧が閾値電圧に達すると、セルフエミッション現象によって、自動的な電子放出が全体で生じる。このため、より均一な電子注入が得られるので、発光輝度のばらつきをより抑制することができる。

また有機ＥＬ発光装置１３０において好ましくは、陰極層１２ｇにシリコンナノ結晶層を使用する。シリコンナノ結晶層は印加電圧が閾値電圧に達すると、弾道電子放出現象によって、自動的な電子放出が全体で生じる。このため、より均一な電子注入が得られるので、発光輝度のばらつきをより抑制することができる。

なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

（実施の形態３）
はじめに本実施の形態の有機ＥＬ照明装置の構成について説明する。図８は、本発明の実施の形態３における有機ＥＬ照明装置の構成を概略的に示す側面図であり、図９は上面図である。本実施の形態の有機ＥＬ照明装置は、複数の有機ＥＬ発光装置１３０と、この有機ＥＬ発光装置１３０を接続する連結器１３１とを備えている。

図８および図９を参照して、本実施の形態の有機ＥＬ照明装置は、４本の円筒型有機ＥＬ発光装置１３０の両端にある電極１１２ａ、１１２ｂ（図２および図６参照）を連結器１３１で固定している。両端に配置された連結器１３１は反射鏡１３２で結合されていて、個々の有機ＥＬ発光装置１３０は容易に取り外し可能な構造を有している。

なお電極１１２ａ、１１２ｂにはプラスおよびマイナスの極性を有しているので、電極１１２ａ、１１２ｂを異なった形状にして、それぞれを連結器１３１と結合させている。

図１０および図１１は、本発明の実施の形態３における有機ＥＬ照明装置の等価回路図である。図１０および図１１を参照して、個々の有機ＥＬ発光装置１３０はダイオードと抵抗で表している。その他の部分は金属配線なので電気抵抗が無視できるものとして実線で表している。

有機ＥＬ照明装置は、４本の有機ＥＬ発光装置１３０は連結器１３１の内部で、図１０に示すように直列接続、または図１１に示すように並列接続されている。

（変形例１）
図１２は実施の形態３の変形例１における有機ＥＬ照明装置の構成を概略的に示す外観図である。図１２に示すように、平面形状が四角形になるように、４本の有機ＥＬ発光装置１３０を４個の連結器１３１を用いて接続している。

（変形例２）
図１３は、実施の形態３の変形例２における有機ＥＬ照明装置の構成を概略的に示す外観図である。図１３に示すように、平面形状が六角形になるように、６本の有機ＥＬ発光装置１３０を６個の連結器１３１を用いて接続している。

（変形例３）
図１４は、実施の形態３の変形例３における有機ＥＬ照明装置の構成を概略的に示す外観図である。図１４に示すように、平面形状が八角形になるように、８本の有機ＥＬ発光装置１３０を８個の連結器１３１を用いて接続している。

（変形例４）
図１５は、実施の形態３の変形例４における有機ＥＬ照明装置の構成を概略的に示す外観図である。図１５に示すように、直線をなすように、３本の有機ＥＬ発光装置１３０を２個の連結器１３１を用いて接続している。

（変形例５）
図１６は、実施の形態３の変形例５における有機ＥＬ照明装置の構成を概略的に示す外観図である。図１６に示すように、本変形例における連結器１３１は、６本の有機ＥＬ発光装置１３０を連結している。このため、この連結器１３１は、６本の有機ＥＬ発光装置１３０を放射状に接続している。

本実施の形態およびその変形例の有機ＥＬ照明装置によれば、複数の有機ＥＬ発光装置１３０と、この複数の有機ＥＬ発光装置１３０を接続する連結器１３１を備えている。連結器１３１によって、複数の有機ＥＬ発光装置１３０を直列または並列に接続して１組の有機ＥＬ照明装置としている。このため、任意の形状の有機ＥＬ照明装置を実現することができる。

また、上記有機ＥＬ照明装置において好ましくは、連結器１３１は、有機ＥＬ発光装置１３０と着脱可能である。このため、複数の有機ＥＬ発光装置１３０の一部を交換するなど必要に応じて有機ＥＬ発光装置１３０を取り外すことができる。したがって、利便性を向上することができる。

今回開示された実施の形態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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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。

本発明は、発光輝度のばらつきを抑制することができる有機ＥＬ発光装置を実現できるので、大面積で均一に発光することが要求される有機ＥＬ発光装置、特に有機ＥＬ照明装置に適用され得る。

１ 円筒管、１２ 有機ＥＬ素子、１２ａ 保護層、１２ｂ 透明陽極層、１２ｃ 第１の層、１２ｄ 第２の層、１２ｅ 第３の層、１２ｆ 第４の層、１２ｇ 陰極層、１２ｈ 陰極、１２ｉ 金属電極、１１０ 封止部、１１０ａ，１１０ｂ 封止部品、１１２ａ，１１２ｂ 電極、１１２ｃ 引き出し電極、１１３ａ，１１３ｂ 配線、１１４ 補助電極、１１４ａ，１１４ｂ 接続配線、１１５ フレキシブル基板、１２４ａ，１２４ｂ Ｏリング、１２７ａ，１２７ｂ 乾燥剤、１３０ 有機ＥＬ発光装置、１３１ 連結器、１３２ 反射鏡、ＯＬ 有機物層、ＳＰ ショート防止用スペース、ＩＧ 不活性ガス、ＶＳ 真空、ｅ 電子。

Claims (1)

1. 透光性を有する管と、
   前記管の内側に前記管の延びる方向に沿って形成され、透光性を有する第１電極層と、
   前記第１電極層の内側に前記管の延びる方向に沿って形成され、電圧が印加されることにより発光する有機物層と、
   前記有機物層の内側に前記管の延びる方向に沿って形成された第２電極層とを備え、
   前記第１電極層および前記第２電極層のいずれか一方が陽極で、他方が陰極であり、
   前記第１電極層の電気抵抗値と前記第２電極層の電気抵抗値とは同じであり、
   前記第１電極層と電気的に接続された第１外部電極と、
   前記第２電極層と電気的に接続された第２外部電極と、
   前記第１電極層の複数箇所と前記第１外部電極とを接続する複数の第１配線と、
   前記第２電極層の複数箇所と前記第２外部電極とを接続する複数の第２配線とをさらに備え、
   複数の前記第１配線は、前記第１外部電極を中心として前記第１電極層の前記複数箇所へ放射状にそれぞれ接続され、
   複数の前記第２配線は、前記第２外部電極を中心として前記第２電極層の前記複数箇所へ放射状にそれぞれ接続され、
   前記第１外部電極から前記第１電極層の前記複数箇所までのそれぞれの距離が同じであり、
   前記第２外部電極から前記第２電極層の前記複数箇所までのそれぞれの距離が同じである、有機ＥＬ発光装置。

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