(57)【要約】【課題】有機ＥＬ発光ダイオードを照明装置に適用したときの、現状の平面基板技術に内在する四つの問題(発光面の形状、フレキシビリティ、放熱、演色性の問題)を解決する。【解決手段】  透明でフレキシブルな長尺のプラスチックテープ１２は、平滑面上全面に透明電極としてグラフェン膜１４が形成され、側面にグラフェン膜１４と電気的接触をもって金属電極１５が形成された線状でフレキシブルな一次元陽極基板を構成する。グラフェン膜１４の上に有機ＥＬ層１６と陰極電極１７とが積層されている。封止構造は、長尺のプラスチックテープ２２の両面に形成された金属膜２３、２４とからなる一次元陰極基板の幅方向端部に形成された絶縁性接着層が接合時に一次元陽極基板１１に倣って変形して有機ＥＬ層１６及びグラフェン膜をシール部４２により封止する構造である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明でフレキシブルな長尺のプラスチックテープと、前記プラスチックテープの平滑面上全面に透明電極として形成された透光性を有し、かつ、フレキシブルな導電性フィルムと、前記プラスチックテープの側面に前記導電性フィルムと電気的接触をもって形成された金属電極とからなる線状でフレキシブルな一次元陽極基板と、
前記導電性フィルムの表面全面に連続的に形成された有機ＥＬ層と、
前記有機ＥＬ層上に前記有機ＥＬ層よりも狭い幅で連続的に形成された陰極電極と、
を有することを特徴とする有機ＥＬ発光ダイオード。
【請求項２】
透明でフレキシブルな長尺の第１のプラスチックテープと、前記第１のプラスチックテープの平滑面上全面に透明電極として形成された透光性を有し、かつ、フレキシブルな導電性フィルムと、前記第１のプラスチックテープの側面に前記導電性フィルムと電気的接触をもって形成された金属電極とからなる線状でフレキシブルな一次元陽極基板と、
前記導電性フィルムの表面全面に連続的に形成された有機ＥＬ層と、
前記有機ＥＬ層上に前記有機ＥＬ層よりも狭い幅で連続的に形成された陰極電極と、
片面又は両面が平滑面とされた長尺の第２のプラスチックテープの両面に第１及び第２の金属膜が形成されるとともに、スルーホールを介して前記第１及び第２の金属膜が電気的に接続された長尺でフレキシブルな基板構造、又は少なくとも一面が平滑面である長尺の金属テープである基板構造の一次元陰極基板と、
を備え、前記一次元陰極基板の平滑側の表面において、前記一次元陰極基板の幅方向の中央部に形成された導電性接着層を介して前記陰極電極と前記一次元陰極基板の前記第１及び第２の金属膜又は前記金属テープとを電気的に接続するとともに、前記一次元陰極基板の幅方向の両端部に形成された絶縁性接着層により前記有機ＥＬ層及び前記導電性フィルムを封止する構造であることを特徴とする有機ＥＬ発光ダイオード。
【請求項３】
前記第２のプラスチックテープの平滑面側に形成された前記第１又は第２の金属膜の表面、又は前記金属テープの平滑面側の前記一次元陰極基板の表面において、前記一次元陰極基板の幅方向の中央部に形成された導電性接着層と、前記一次元陰極基板の幅方向の両端部に前記導電性接着層と重ならないように形成された絶縁性接着層とを、前記一次元陽極基板上に前記有機ＥＬ層を介して積層された前記陰極電極とを対向させて真空内加圧により接合し、前記導電接着層を介して前記陰極電極と前記第１及び第２の金属膜、又は前記金属テープとを電気的に接続するとともに、前記絶縁性接着層を前記一次元陽極基板の幅方向の両端部の構造に倣って変形させて前記有機ＥＬ層及び前記導電性フィルムのシール部として形成した構造であることを特徴とする請求項２記載の有機ＥＬ発光ダイオード。
【請求項４】
前記導電性フィルムは、グラフェンフィルムであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の有機ＥＬ発光ダイオード。
【請求項５】
請求項２乃至４のうちいずれか一項記載の線状の有機ＥＬ発光ダイオードを、その長手方向における任意の長さで切り取った構造の線状色発光体が複数本並列に配列され、かつ、曲面状を含む任意の外観形状に成形された照明体と、
前記複数本の線状色発光体の発光輝度を制御する制御回路と、
を備え、
前記照明体は、前記線状色発光体として白色光を発光する白色発光体を複数本並列に配列した第１の構造、前記線状色発光体として互いに補色関係にある２種類の色光を別々に発光する２つの線状色発光体を一組として組単位で複数組並列に配列した第２の構造、及び三原色関係にある３種類の色光を別々に発光する３つの線状色発光体を一組として組単位で複数組並列に配列した第３の構造のうち、いずれか一の構造を有することを特徴とする有機ＥＬ照明装置。
【請求項６】
前記制御回路は、前記照明体が前記第２の構造を有するときは前記２つの線状色発光体の輝度を互いに独立して制御し、前記照明体が前記第３の構造を有するときは前記３つの線状色発光体の輝度を互いに独立して制御することを特徴とする請求項５記載の有機ＥＬ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機ＥＬ発光ダイオード及び有機ＥＬ照明装置に係り、特にフレキシブルな構造の有機ＥＬ(エレクトロルミネセンス)発光ダイオード及びそれを用いた有機ＥＬ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ照明装置は、有機ＥＬ発光ダイオードと、その通電端子と、電源・制御回路とが主要構成要素である。有機ＥＬ発光ダイオードは、基板上に陽極電極としての透明導電膜(ＩＴＯ；Indium Tin Oxide)、有機ＥＬ層、及び陰極電極の順で積層された構造で、かつ、封止構造をもつ。フレキシブルな有機ＥＬ照明装置における有機ＥＬ発光ダイオードの基板は、透明電極としてＩＴＯ膜を成膜したプラスチック基板である。通常、ＩＴＯ膜の抵抗による輝度傾斜を低減するために、ＩＴＯ膜上又は予め基板上に金属膜の細いメッシュが成膜される。
【０００３】
上記有機ＥＬ層は、薄膜の面状発光体であり、上記プラスチック基板上に成膜される。成膜の方法は、有機ＥＬ材料が低分子系材料の場合は真空蒸着成膜により、有機ＥＬ材料が高分子系材料の場合はスピン塗布又はロール・ツウ・ロールのダイコーティング法あるいはロールコーティング等の手段による塗布成膜である。上記陰極電極は、有機ＥＬ層上に蒸着で形成される。陰極端子の取り出しのため、ＩＴＯ膜を成膜した基板の周辺部はＩＴＯ膜を除去するか、又は絶縁膜でカバーされており、ここに電極端子を設けて陰極電極が接続される。
【０００４】
有機ＥＬ層に対する防湿、ガスバリヤ膜として、SiNx、SiOx、AlxOy等の無機膜を用いるのが基本である。これらの無機膜は本質的に可撓性がなく、成膜において大面積になる程ピンホールの率が高くなるので、これらの無機膜とポリマー膜との交互多重層によってバリヤ性と可撓性を実現している。この交互多重層は、プラスチック基板のバリヤ膜及び有機ＥＬ発光ダイオードの封止膜として用いられる。
【０００５】
上記平面基板以外に、従来から線状の有機ＥＬ発光ダイオードが知られている(例えば、特許文献１〜３参照)。すなわち、特許文献１には、金属導体線を陰極として、その周囲に有機ＥＬ層、ＩＴＯの順で積層した構造の線状の有機ＥＬ発光ダイオードが開示されている。また、特許文献２、３には、プラスチックファイバー上に陰極電極を成膜し、この上に有機ＥＬ層、ＩＴＯの順で積層した有機ＥＬ発光ダイオードが開示されている。いずれも所謂トップエミッション(top-emission)タイプの発光素子である。なお、特許文献１，３にはこれら線状の有機ＥＬ発光ダイオードを編んで平面状の発光体とすることが開示されている。また、特許文献１には、金属導体線を円形の断面に限らず、矩形状の断面の実施例も開示されている。
【０００６】
有機ＥＬ照明装置は、現状では蛍光灯や発光ダイオード(ＬＥＤ；Light Emitting Diode)の効率、演色性、輝度、寿命、価格等全てについて及ばない。しかし、低分子系材料の有機ＥＬ材料を用いる有機ＥＬ照明装置では、化学ドーピング、励起三重項、マルチフォトン等の材料、デバイス技術により原理的に効率、演色性等は蛍光灯を超えることが確実となってきた。また、高分子系材料の有機ＥＬ材料を用いる有機ＥＬ照明装置も、最近は共役系の高輝度、長寿命材料が開発されてきており、近い将来には１０8Ｈｒ-ｃｄ/ｍ2、すなわち、１０4ｃｄ/ｍ2で１万時間という蛍光灯並みの性能が実現されると期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−６４６７８号公報
【特許文献２】特開２００２−１８４５８０号公報
【特許文献３】特開２００２−３５２９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、有機ＥＬ照明装置は、発光性能に関しては将来的には実用レベルの可能性は高い。また、有機ＥＬ発光ダイオードは拡散光源で原理的に超薄型、フレキシブルとデザイン性に優れた特長を持つ。しかしながら、有機ＥＬ発光ダイオードを照明装置に適用する場合、現状の平面基板技術に内在する四つの問題がある。
【０００９】
第一の問題は、発光面の形状の問題である。有機ＥＬ照明は「平面照明体」であるが、導電端子と封止構造とから大判のパネルから任意の形状に切り取ることはできない。「規格形状」を設定するとしても、種々のデザインに適合する形状を決めることは困難である。例えば、タイル状、帯状を規格形状に決めても、デザイン面からは一般性がない。
【００１０】
第二の問題は、フレキシビリティの問題である。フレキシビリティの実現にはプラスチックフィルムを基板として用いることが必須で、このためにはまず、ガスバリヤ層を基板に積層する必要がある。ただし、基板のプラスチックフィルム上にガスバリヤ膜として前述の交互多重層によってバリヤ性と可撓性を実現しても、この交互多重層は完全にはフレキシブルでない。更に問題は、公知の文献(“A mechanical assessment of flexible optpelectrononic devices”,Thin Solid Films 394(2001)202-206)に記載されているように、ＩＴＯ膜は屈曲によって容易に破断する。更に、ＩＴＯ膜からインジウム(Ｉｎ)が拡散して有機ＥＬ膜を劣化させることが広く知られている。そのため、通常はＩＴＯ膜と有機ＥＬ層との間にバリヤ層を設けている。以上の点から前述の線状の有機ＥＬ発光体ダイオードの形態は用いることができない。
【００１１】
第三の問題は、放熱の問題である。有機ＥＬ発光ダイオードは電流駆動で電流密度も高輝度では１００ｍＡ/ｃｍ2以上であり、発光効率の面から発熱が大きい。放熱構造に関しては、有機ＥＬ表示装置(ＯＬＥＤ；Organic Light Emissive Display)では現実の問題として各種の対策が講じられつつあるが、それよりも発光面積が大きく高い輝度の有機ＥＬ照明装置では放熱構造はとりわけ重要な問題である。陰極からの放熱が有効であるが、前述の交互多重層のガスバリヤ層あるいはフィルムは熱伝導性が悪く放熱を阻害する。
【００１２】
第四の問題は、演色性の問題である。例えば、欧州では蛍光灯より白熱灯の方が好まれているという様に、照明は心理的な要素が多く、製品としては演色性の微妙な調整が不可欠である。また、白色発光の場合、成膜で発光の色合いは決まってしまい、調整は膜厚、材料比率等で制御することになるが、微妙な差を再現性良く実現することは相当困難である。
【００１３】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、上記の四つの問題を完全に解決した有機ＥＬ発光ダイオード及び有機ＥＬ照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明の有機ＥＬ発光ダイオードは、透明でフレキシブルな長尺のプラスチックテープと、プラスチックテープの平滑面上全面に透明電極として形成された透光性を有し、かつ、フレキシブルな導電性フィルムと、プラスチックテープの側面に導電性フィルムと電気的接触をもって形成された金属電極とからなる線状でフレキシブルな一次元陽極基板と、導電性フィルムの表面全面に連続的に形成された有機ＥＬ層と、有機ＥＬ層上に有機ＥＬ層よりも狭い幅で連続的に形成された陰極電極とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、上記の目的を達成するため、本発明の有機ＥＬ発光ダイオードは、透明でフレキシブルな長尺の第１のプラスチックテープと、第１のプラスチックテープの平滑面上全面に透明電極として形成された透光性を有し、かつ、フレキシブルな導電性フィルムと、第１のプラスチックテープの側面に導電性フィルムと電気的接触をもって形成された金属電極とからなる線状でフレキシブルな一次元陽極基板と、導電性フィルムの表面全面に連続的に形成された有機ＥＬ層と、有機ＥＬ層上に有機ＥＬ層よりも狭い幅で連続的に形成された陰極電極と、片面又は両面が平滑面とされた長尺の第２のプラスチックテープの両面に第１及び第２の金属膜が形成されるとともに、スルーホールを介して第１及び第２の金属膜が電気的に接続された長尺でフレキシブルな基板構造、又は少なくとも一面が平滑面である長尺の金属テープである基板構造の一次元陰極基板と、を備え、一次元陰極基板の平滑側の表面において、一次元陰極基板の幅方向の中央部に形成された導電性接着層を介して陰極電極と一次元陰極基板の第１及び第２の金属膜又は金属テープとを電気的に接続するとともに、一次元陰極基板の幅方向の両端部に形成された絶縁性接着層により有機ＥＬ層及び導電性フィルムを封止する構造であることを特徴とする。
【００１６】
また、上記の目的を達成するため、本発明の有機ＥＬ発光ダイオードは、第２のプラスチックテープの平滑面側に形成された第１又は第２の金属膜の表面、又は金属テープの平滑面側の一次元陰極基板の表面において、一次元陰極基板の幅方向の中央部に形成された導電性接着層と、一次元陰極基板の幅方向の両端部に導電性接着層と重ならないように形成された絶縁性接着層とを、一次元陽極基板上に有機ＥＬ層を介して積層された陰極電極とを対向させて真空内加圧により接合し、導電接着層を介して陰極電極と第１及び第２の金属膜、又は金属テープとを電気的に接続するとともに、絶縁性接着層を一次元陽極基板の幅方向の両端部の構造に倣って変形させて有機ＥＬ層及び導電性フィルムのシール部として形成した構造としてもよい。ここで、上記の発明の導電性フィルムは、グラフェンフィルムであってよい。
【００１７】
また、上記の目的を達成するため、本発明の有機ＥＬ照明装置は、上記発明の線状の有機ＥＬ発光ダイオードを、その長手方向における任意の長さで切り取った構造の線状色発光体が複数本並列に配列され、かつ、曲面状を含む任意の外観形状に成形された照明体と、複数本の線状色発光体の発光輝度を制御する制御回路とを備え、
【００１８】
前記照明体は、線状色発光体として白色光を発光する白色発光体を複数本並列に配列した第１の構造、線状色発光体として互いに補色関係にある２種類の色光を別々に発光する２つの線状色発光体を一組として組単位で複数組並列に配列した第２の構造、及び三原色関係にある３種類の色光を別々に発光する３つの線状色発光体を一組として組単位で複数組並列に配列した第３の構造のうち、いずれか一の構造を有することを特徴とする。
【００１９】
ここで、前記制御回路は、照明体が第２の構造を有するときは２つの線状色発光体の輝度を互いに独立して制御し、照明体が第３の構造を有するときは３つの線状色発光体の輝度を互いに独立して制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の有機ＥＬ発光ダイオードによれば、フレキシブルな線状の一次元陽極基板を有機ＥＬ層の基板として用いることにより、フレキシブルな線状色発光体である有機ＥＬ発光ダイオードを構成できるため、薄型・フレキシブリティの問題を解決できる。また、本発明の有機ＥＬ発光ダイオードによれば、電極膜が形成された、あるいはそれ自身が金属テープであるフレキシブルで薄型の一次元陰極基板とグラフェン膜との間に有機ＥＬ層をサンドイッチする構造とすることで、高い封止構造を実現できるととともに放熱の問題も解決できる。
【００２１】
また、本発明の有機ＥＬ照明装置によれば、本発明の線状の有機ＥＬダイオードを任意の長さで切り取った構造の色発光体を複数本並列に配列した照明体を用いることにより、曲面状を含む任意の外観形状の照明体を成形することが可能となり、デザイン自由度の問題が解決される。更に、本発明によれば、調光・調色可能な有機ＥＬ照明装置を実現でき、演色性の問題を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る有機ＥＬ発光ダイオードの要部の一実施形態の断面図である。
【図２】本発明に係る有機ＥＬ発光ダイオードの他の要部の各実施形態の断面図である。
【図３】一次元陰極基板を用いた封止構造の一例の断面図である。
【図４】本発明に係る有機ＥＬ発光ダイオードの一実施形態の断面図である。
【図５】本発明の有機ＥＬ発光ダイオードを用いた本発明に係る有機ＥＬ照明装置の各実施形態の平面図である。
【図６】本発明に係る有機ＥＬ照明装置の各実施形態の概略外観図である。
【図７】本発明に係る有機ＥＬ照明装置の一実施形態の等価回路図である。
【図８】本発明に係る有機ＥＬ発光ダイオードの製造装置の一例の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明の有機ＥＬ発光ダイオードの第一の特徴は、薄型・フレキシブルな構造を実現するために後述する一次元陽極基板を有機ＥＬ層の基板として用いる点にある。また、本発明の有機ＥＬ発光ダイオードの第二の特徴は、薄型・フレキシブルな構造を実現するために発光ダイオードの封止構造として、長尺のテープ状の後述する一次元陰極基板を用いる点にある。
【００２４】
まず、本発明の有機ＥＬ発光ダイオードの第一の特徴について図１とともに説明する。図１は、本発明に係る有機ＥＬ発光ダイオードの要部の一実施形態の断面図を示す。同図に示す本実施形態の有機ＥＬ発光ダイオードの要部は、一次元陽極基板１１上に複数層の有機ＥＬ層１６及び陰極電極１７の順で積層された構造である。
【００２５】
一次元陽極基板１１は、透明でフレキシブルなプラスチックテープ１２と、そのプラスチックテープ１２の平滑面に接着層１３によって接合されたグラフェン膜１４と、プラスチックテープ１２の両側面にグラフェン膜１４と接触するように形成された金属電極１５とからなる、透明でフレキシブルなテープ状基板である。プラスチックテープ１２は、透明かつフレキシブルで、また長手方向(図１の紙面に直交する方向)の長さが極めて長い所謂長尺のテープである。更に、プラスチックテープ１２は、表面と裏面のうち少なくともグラフェン膜１４が成膜される側の平面が、例えば数ｎｍ以下の面粗さの平滑面に形成されている。
【００２６】
グラフェン膜１４は、透光性を有し、かつ、フレキシブルな導電性フィルムであるグラフェンフィルムによる薄膜で、プラスチックテープ１２の平滑面に接着層１３によって接合されて透明電極(陽極)として用いられる。なお、プラスチックテープ１２の平滑面及びグラフェン膜１４のそれぞれにＳＡＭ(Self-Assembling Monolayer)処理を施し、これらのいずれか又は両方に接着分子層を形成するか、あるいはマイクロプラズマ処理等のドライ処理を併用することにより分子間の化学結合によって接合するようにしてもよい。金属電極１５は、グラフェン膜１４と電気的接触を持つように、プラスチックテープ１２の両側面に形成されている。有機ＥＬ発光ダイオードの薄型・フレキシブルを実現するにはプラスチックフィルムを用いることが必須であるが、本実施形態は、この薄型・フレキシブルな構造の一次元陽極基板１１を、有機ＥＬ層１６の基板として用いる点に第一の特徴がある。
【００２７】
有機ＥＬ層１６は、グラフェン膜１４上の全面に連続的に成膜されている。陰極電極１７は、有機ＥＬ層１６上に、有機ＥＬ層１６の幅(図１中、横方向の長さ)よりも狭い幅で一次元陽極基板１１の長手方向(図１の紙面に直交する方向)に連続的に蒸着等により形成されている。有機ＥＬ層１６は、グラフェン膜１４と陰極電極１７との間に供給される表示信号レベルに応じた輝度で発光する。かかる構造の有機ＥＬ発光ダイオードの要部は、薄型でフレキシブルな構造の線状の有機ＥＬ発光ダイオードの要部を構成している。
【００２８】
次に、本発明の有機ＥＬ発光ダイオードの第二の特徴である封止構造について説明する。
一次元陽極基板１１の透明電極であるグラフェン膜１４はフレキシブルで、かつ、理想的なガスバリヤ層となっている。そこで、本発明では、陰極側の封止キャップとして、長尺のテープ状金属フィルム、あるいはフレキシブルなプラスチックテープの両面に金属膜が形成され、かつ、相対する金属膜は複数のスルーホールによって導通した構造である一次元陰極基板を用いることを第二の特徴とする。
【００２９】
図２は、本発明に係る有機ＥＬ発光ダイオードの他の要部の各実施形態の断面図を示す。有機ＥＬ発光ダイオードの他の要部である一次元陰極基板は、封止構造のキャップと陰極電極の端子の両機能を有する基板である。一次元陰極基板には図２(ａ)，(ｂ)の断面図に示す２種類があり、いずれも薄型でフレキシブルな構造である。
【００３０】
図２(ａ)に示す一次元陰極基板は、一次元陽極基板１１と同じ幅で、少なくとも一面が例えば数ｎｍ以下の面粗さに形成されたフレキシブルな金属テープ２１である。金属テープ２１は、陰極電極の端子として用いられ、また封止構造のキャップとして用いられる。図２(ｂ)に示す一次元陰極基板は、フレキシブルなプラスチックテープ２２と、そのプラスチックテープ２２の両面に別々に連続的に形成された金属膜２３及び２４と、プラスチックテープ２２の両面を貫通するスルーホール２５とよりなる構造である。プラスチックテープ２２は、プラスチックテープ１２の幅とほぼ同程度の幅で、かつ、長さが極めて長い所謂長尺のテープである。金属膜２３及び２４は、スルーホール２５を介して互いに電気的に接続されている。また、スルーホール２５は図２(ｂ)では一つのみ示しているが、例えば一次元陰極基板３１の長さ方向に適宜の間隔で複数設けられている。
【００３１】
なお、図２(ｂ)のプラスチックテープ２２の両面は、それぞれ例えば数ｎｍ以下の面粗さの平滑面に形成されている。また、後述する導電性接着層３３が表面に設けられる平面は平滑面に形成する必要があるが、もう一方の表面は平滑面でなくてもよい。また、金属膜２４のうち後述する絶縁性接着層３４が被覆される部分のみ切り取っておいてもよい。
【００３２】
次に、一次元陽極基板１１と一次元陰極基板による封止構造とを用いた本発明の有機ＥＬ発光ダイオードの一実施形態の構造について図３及び図４とともに説明する。
【００３３】
図３は、一次元陰極基板を用いた封止構造の一例の断面図を示す。同図中、図２と同一構成部分には同一符号を付してある。図３に示す封止構造は、図２(ｂ)に示した構造の一次元陰極基板３１と、一次元陰極基板３１の平滑面側３２に形成された電極膜２４の幅方向中央部に電極膜２４の幅(電極幅)よりも狭い幅で形成された導電性接着層３３と、電極膜２４の幅方向両端部に導電性接着層３３と重ならないように形成された絶縁性接着層３４とからなる。平滑面側３２は、一次元陰極基板３１のプラスチックテープ２２の平滑面側を意味する。なお、図３は一次元陰極基板として図２(ｂ)に示した構造の一次元陰極基板を用いたが、図２(ａ)の構造の一次元陰極基板を用いても封止構造は図３と同様にテープ平滑面側に導電性接着層と絶縁性接着層とが形成された構造になる。
【００３４】
図４は、本発明に係る有機ＥＬ発光ダイオードの一実施形態の断面図を示す。同図中、図１〜図３と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図４に示す有機ＥＬ発光ダイオード４０は、図１に示した一次元陽極基板１１上に形成された陰極電極１７の表面に、図３に示した封止構造の導電性接着層３３を、例えば真空内加圧により圧着し接合した構造である。図４において、導電性接着層４１は図３に示した封止構造の導電性接着層３３が上記圧着により変形した接着層である。また、図３に示した封止構造の絶縁性接着層３４は、上記圧着により一次元陽極基板１１の端部の構造に倣って変形し、図４のシール部４２を構成する。
【００３５】
これにより、導電性接着層４１により一次元陽極基板１１の陰極電極１７は一次元陰極基板３１の金属膜２３、２４に電気的に接続される。また、これと同時に、陰極電極１７及び有機ＥＬ層１６はシール部４２と導電性接着層４１とにより封止される。接合する面は一次元陽極基板１１、一次元陰極基板３１ともに例えば数ｎｍ以下の面精度で仕上げているので、接合部分は原理的には完全密着している。なお、グラフェン膜１４は周知の様に完全にフレキシブルで、かつ、酸素の完全遮断膜である。従って、グラフェン膜１４を透明電極として用いることによって、パッシベーションとフレキシビリティを同時に確保できる。
【００３６】
長尺の線状有機ＥＬ発光ダイオードである本実施形態の有機ＥＬ発光ダイオード４０によれば、一次元陽極基板１１の側面にグラフェン膜１４と電気的接触をする金属電極１５を設けたことにより、有機発光ダイオードの輝度傾斜が無くなり、任意の面積の照明装置を構成することが可能となる。また、金属膜２３、２４で被覆した一次元陰極基板３１は、有機ＥＬ層１６をグラフェン膜１４との間にサンドイッチし、封止構造として高い信頼性を確保できる上、放熱板としての役割も果たす。更に、本実施形態の有機ＥＬ発光ダイオード４０は、長尺のテープで連続した電極構造を有しており、その長尺のテープを任意の長さに切断し、任意の場所から端子を取り出す事が可能である。
【００３７】
次に、本発明の有機ＥＬ照明装置の実施形態について説明する。本発明の有機ＥＬ照明装置は、以下説明するように、図４に示したような断面構造の薄型でフレキシブルな構造の線状の本発明の有機ＥＬ発光ダイオードを構成単位とするので、平面及び任意の曲面からなる照明体を構成することが可能となり、デザイン自由度の問題が解決される。
図５(ａ)〜(ｃ)は、上記本発明の有機ＥＬ発光ダイオードを用いた本発明に係る有機ＥＬ照明装置の各実施形態の平面図を示す。
【００３８】
図５(ａ)は、本発明の有機ＥＬ照明装置の第１の実施形態の平面図を示す。同図(ａ)において、本実施形態の有機ＥＬ照明装置５１Ａは、線状白色発光体５２が、長手方向に平行に１０本(本数はこれに限定されない)配置された(並列に配列された)照明体を備える構成である。線状白色発光体５２のそれぞれは、図４に示した断面構造の線状の有機ＥＬ発光ダイオード４０を、テープ長手方向(図４の紙面に対して直交する方向)において適当な長さに切り取った発光体で、有機ＥＬ層１６が白色を発光する構造である。また、各線状白色発光体５２の陰極端子は任意の位置にとれるが、ここでは端部に設けて配線５３−１で共通に接続している。更に、各線状白色発光体５２の陽極端子は一次元陽極基板１１の側面の金属電極１５から任意の位置から取り出せるが、ここでは端部に設けて配線５４で共通に接続している。なお、陽極端子の取り出し法は種々考えられるが、比較的自明な構造体であるので、ここでは示さない。
【００３９】
図５(ｂ)は、本発明の有機ＥＬ照明装置の第２の実施形態の平面図を示す。同図(ｂ)において、本実施形態の有機ＥＬ照明装置５１Ｂは、線状青色発光体５５と線状黄色(又は橙色)発光体５６とを交互に長手方向に平行に配置された照明体を備える構成である。線状青色発光体５５及び線状黄色(又は橙色)発光体５６はそれぞれ図４に示した断面構造の線状の有機ＥＬ発光ダイオード４０を、テープ長手方向(図４の紙面に対して直交する方向)において適当な長さに切り取った発光体で、線状青色発光体５５は有機ＥＬ層１６が青色を発光し、線状黄色(又は橙色)発光体５６は有機ＥＬ層１６が青色の補色である黄色(又は橙色)を発光する構造である。
【００４０】
また、線状青色発光体５５及び線状黄色(又は橙色)発光体５６の各陰極端子は端部に設けられ配線５３−２に共通に接続されている。また、線状青色発光体５５の各陽極端子は端部に設けられ配線５７−１に接続され、線状黄色(又は橙色)発光体５６の各陽極端子は端部に設けられ配線５７−２に接続されている。本実施形態の有機ＥＬ照明装置５１Ｂは、１本の線状青色発光体５５と１本の線状黄色(又は橙色)発光体５６とをペアとして発光させ、青色光と黄色(又は橙色)光との混色により全体として白色を発光させる構成で、別々の配線５７−１と５７−２によって通電し、色温度の調整を図る。
【００４１】
図５(ｃ)は、本発明の有機ＥＬ照明装置の第３の実施形態の平面図を示す。同図(ｃ)において、本実施形態の有機ＥＬ照明装置５１Ｃは、長手方向に平行な線状赤色発光体５８Ｒと線状緑色発光体５８Ｇと線状青色発光体５８Ｂの３本を一組として組単位に並列に配列された照明体を備える構成である。線状赤色発光体５８Ｒと線状緑色発光体５８Ｇと線状青色発光体５８Ｂとは、それぞれ図４に示した断面構造の線状の有機ＥＬ発光ダイオード４０を、テープ長手方向(図４の紙面に対して直交する方向)において適当な長さに切り取った発光体で、線状赤色発光体５８Ｒは有機ＥＬ層１６が赤色を発光し、線状緑色発光体５８Ｇは有機ＥＬ層１６が緑色を発光し、線状青色発光体５８Ｂは有機ＥＬ層１６が青色を発光する構造である。
【００４２】
また、線状赤色発光体５８Ｒと線状緑色発光体５８Ｇと線状青色発光体５８Ｂの各陰極端子は端部に設けられ配線５３−３に共通に接続されている。また、線状赤色発光体５８Ｒの各陽極端子は端部に設けられ配線５９−１に接続され、線状緑色発光体５８Ｇの各陽極端子は端部に設けられ配線５９−２に接続され、線状青色発光体５８Ｂの各端子も端部に設けられ配線５９−３に接続されている。本実施形態の有機ＥＬ照明装置５１Ｃは、線状赤色発光体５８Ｒと線状緑色発光体５８Ｇと線状青色発光体５８Ｂの３本を一組として組単位で発光させ、それら一組の赤色光と緑色光と青色光との混色により全体として白色を発光させる構成で、別々の配線５９−１と５９−２と５９−３によって各色独立に通電し、色温度及び色相の調整を図る。それぞれの色の細い線状色発光体の配列によって、色の混合を起こして任意の色相を表示することは、陰極線管(ＣＲＴ)、液晶表示パネルなどのようなディスプレイのカラー画像表示原理と同じ周知の加法混色の原理に基づく。
【００４３】
現行の有機ＥＬ発光ダイオードを照明装置に適用した場合、強度を変化させる調光機能を持つが色調を調整することができない。これに対し、上記の本発明の有機ＥＬ照明装置の各実施形態５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃは、複数の線状色発光体の各々の調光・調色が可能であり、前述した演色性の問題を解決でき、白色の色温度の調整、更には任意の色調を実現する照明装置を提供できる。
【００４４】
また、上記の本発明の有機ＥＬ照明装置の各実施形態５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃは、複数本の線状色発光体(有機ＥＬ発光ダイオード)を並列に配列したフレキシブルな構成であるため、薄型・フレキシブリティの問題を解決できるとともに、その外観形状が線状や平面状に限らず、図６(ａ)〜(ｄ)に示すような任意の曲面状に成形することが可能となり、デザイン自由度の問題が解決される。
【００４５】
図６(ａ)は、全体をスパイラル状に曲げて構成した円筒形状の有機ＥＬ照明装置６１の概略外観図を示す。図６(ｂ)は、全体をスパイラル状に曲げて構成した円錐形状の有機ＥＬ照明装置６２の概略外観図を示す。図６(ｃ)は、線状色発光体であるｎ個の本発明の有機ＥＬ発光ダイオード６３−１〜６３−ｎを竹ひご細工風に組み上げて、全体として壺型とした有機ＥＬ照明装置６４の概略外観図を示す。図６(ｄ)は、直線状にした本発明の有機ＥＬ発光ダイオードを、６５−１〜６５−ｍに示すように縦方向にｍ本、６６−１〜６６−ｋで示すよう横方向にｋ本を交互に、織機により平織りした構成の有機ＥＬ照明装置６２の概略外観図を示す。
【００４６】
次に、本発明の有機ＥＬ照明装置の等価回路構成について説明する。図７は、本発明に係る有機ＥＬ照明装置の一実施形態の等価回路図を示す。同図において、有機ＥＬ発光ダイオード７１は、制御回路７２を介して電流源７３に接続されている。制御回路７２はＭＯＳトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４とコンデンサＣ１とからなる。直流電圧源７４は電源スイッチ７５を介してＭＯＳトランジスタＴｒ１及びＴｒ２の各ゲートに接続されるとともに、電源スイッチ７５及び可変抵抗器７６を介してＭＯＳトランジスタＴｒ１及びＴｒ２の各ドレインに接続されている。
【００４７】
制御回路７２は電源スイッチ７５がオンとされると、ＭＯＳトランジスタＴｒ１及びＴｒ２の各ゲートに直流電圧源７４からの直流電圧が印加されてそれぞれ動作状態となり、電流源７３からの電流により有機ＥＬ発光ダイオード７１を駆動する。このときの駆動電流は、制御回路７２に供給される可変抵抗器４６の抵抗値に応じたレベルの制御電圧に応じて電流値が変化する。これにより、有機ＥＬ発光ダイオード７１は、可変抵抗器４６の抵抗値に応じて輝度が変化する。従って、有機ＥＬ発光ダイオード７１が白色発光体からなる場合は、可変抵抗器７６により輝度を０〜１００％まで調光することができる。
【００４８】
なお、有機ＥＬ発光ダイオードが補色の関係にある２種類の色発光体からなる場合は制御回路７２及び可変抵抗器７６を２回路設け、三原色の関係にある３種類の色発光体からなる場合は制御回路７２及び可変抵抗器７６を３回路設けることにより、色調と輝度を任意に調整することが可能である。
【実施例１】
【００４９】
次に、本発明の有機ＥＬ発光ダイオードの製造方法の実施例について説明する。
まず、透明でフレキシブルなプラスチックテープとして、厚さ１００μｍ、幅６００ｍｍで両面が平滑面とされたロール状ＣＯＰ(シクロオレフィンポリマー)フィルムを用意し、そのＣＯＰフィルムの片面全面にＣＯＰフィルムと同じ幅の２層のグラフェン膜をロール・ツウ・ロールで連続的に接着する。続いて、グラフェン膜が接着されたロール状のＣＯＰフィルムを、５ｍｍ幅でスリッティングし、図１のプラスチックテープ１２、接着層１３及びグラフェン膜１４からなるテープ部分を得る。
【００５０】
続いて、上記テープ部分の厚さ１００μｍの両側面にそれぞれ公知のメッキ方法により厚さ２μｍの銅膜を前記金属電極１５として形成して一次元陽極基板１１上にグラフェン膜が形成された構造を製造する。なお、上記公知のメッキ方法としては、文献(「シクロオレフィンポリマーへの平滑回路形成」  エレクトロニクス実装学会誌  Vol.10 No.3 229-233(2007))に記載された方法を用いることができる。このようにして得られたグラフェン膜の抵抗値は１００Ω/□であるが、金属電極１５としての銅膜部分の抵抗値は５０Ω/ｍで、テープ長さ方向数ｍに亘って目視では輝度傾斜は認められなかった。
【００５１】
次に、グラフェン膜上に有機ＥＬ層が形成される。有機ＥＬ層の構成は正孔輸送層-発光層-電子輸送層の三層構造で、正孔輸送層はPEDOT-PSSまたはPVK(poly(N-vinylcarbazole))マトリックスにTPD(N,N7-diphenyl-N,N'-bis(3 methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine)をドープしたもの、電子輸送層はPBD(2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)1,3,4-oxadiazole)をPMMA(poly(methyl methacrylate))にドープしたものである。発光層のマトリックス材はPVKを用い、三原色を混合した白色発光体である。赤色発光層はIr(piq)(iridium bis(1-phenylisoquinoline)(acetylacetonato))、緑色発光層はIr(mppy)3(iridium tris(2-(4-tolyl)pyridinato-N,C2’))、青色発光層はFIpic(iridium bis(2-(4,6-difluorophenyl)-pyridinato-N,C2’)picolinate)を用いた。
【００５２】
図１の有機ＥＬ層１６の形成は、前述の一次元陽極基板上に形成されたグラフェン膜の上全面にダイコーターによって正孔輸送層であるPEDOT-PSSを塗布した後、発光層、電子輸送層の順で各膜の乾燥後塗布して行われる。続いて、有機ＥＬ層１６の上に、有機ＥＬ層より幅の狭い陰極電極１７が蒸着等の公知の方法で長手方向に連続的に形成される。
【００５３】
一方、一次元陰極基板用のプラスチックテープとして、厚み２０μｍ、幅１０００ｍｍで両面が平滑面とされ、更にその両面の幅方向に５ｍｍの間隔で、かつ、長手方向に例えば５×２０ｍｍの間隔でスルーホールが複数穿設されたロール状のＣＯＰフィルムを用意する。続いて、そのロール状のＣＯＰフィルムの両面に対して、銅膜が５μｍの膜厚で公知の方法でめっきされることにより、両面にそれぞれ図２(ｂ)に示した金属膜２３、２４が形成される。なお、スルーホールを通して上記の金属膜(銅膜)２３、２４の導通が取られている。これを５ｍｍ幅にスリッティングし、両側面に０.５μｍの銅めっきをしたものを一次元陰極基板として製造する。上記スルーホールは５ｍｍ幅のスリッティング後のフィルムの幅方向の中央部に穿設されている。
【００５４】
次に、線状の有機ＥＬ発光ダイオードの製造方法の一例について説明する。図８は、本発明に係る有機ＥＬ発光ダイオードの製造装置の一例の構成図を示す。図８において、例えば図２(ｂ)の構造で前述したロール状ＣＯＰフィルムに形成された長尺の一次元陰極基板８１は、繰り出し機から繰り出されて接着層形成部８２により図３の断面構造のように平滑面側の幅中央部に導電性接着層が形成されると共に幅端部に絶縁性接着層が形成された後、差動排気系８３ａを通って真空接合機８４に導入される。
【００５５】
一方、例えば前述したロール状ＣＯＰフィルムに形成された一次元陽極基板１１とグラフェン膜１４と有機ＥＬ層１６と陰極電極１７とからなる図１の構造の長尺の線状の陽極基板側構造体８６が、マイクロプラズマ洗浄機８７により洗浄された後、差動排気系８３ｂを通って真空接合機８４に導入される。真空接合機８４は真空室内にて導入された２つの構造体の位置合わせをした後、ローラ８５ａ、８５ｂで模式的に示した圧着部により圧着接合し図４の断面図に示したような封止構造を有する有機ＥＬ発光ダイオードを製造する。その後、真空接合機８４から室外に取り出された有機ＥＬ発光ダイオード８８は、差動排気系８３ｃを通って巻取機８９に巻き取られる。
【００５６】
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、例えば図５(ｂ)に示した表面構造の有機ＥＬ照明装置は、青色、及び青色と補色関係にある黄色(又は橙色)の２色の線状色発光体を用いたが、これら以外の組み合わせの補色関係にある２色の線状色発光体を用いることもできる。また、プラスチックテープ１２は、その平滑面上に無機膜とポリマー膜との交互多層構造の透明バリヤ層が積層されている構成であってもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１１  一次元陽極基板
１２、２２  プラスチックテープ
１３  接着層
１４  グラフェン膜
１５  金属電極
１６  有機ＥＬ層
１７  陰極電極
２１  金属テープ
２３、２４  金属膜
２５  スルーホール
３１、８１  一次元陰極基板
３２  平滑面側
３３、４１  導電性接着層
３４  絶縁性接着層
４０、６３−１〜６３−ｎ、６５−１〜６５−ｍ、６６−１〜６６−ｋ、７１、８８  有機ＥＬ発光ダイオード
４２  シール部
５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ  有機ＥＬ照明装置の平面構造
５２  線状白色発光体
５３−１、５３−２、５３−３、５４、５７−１、５７−２、５９−１、５９−２、５９−３  配線
５５、５８Ｂ  線状青色発光体
５６  線状黄色(又は橙色)発光体
５８Ｒ  線状赤色発光体
５８Ｇ  線状緑色発光体
６１、６２  有機ＥＬ照明装置
７２  制御回路
７３  電流源
７４  直流電圧源
７５  電源スイッチ
７６  可変抵抗器
８４  真空接合機
８６  陽極基板側構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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