(57)【要約】【課題】携帯機器に搭載した場合でも長時間発光でき、大きな発光面積でも発光できる有機ＥＬ装置。【解決手段】有機ＥＬ装置１は、入射された光により発電して発電電力を出力する発電機能と発電電力により発光する発光機能とを有する発電発光部１Ａを備える。有機ＥＬ装置１は、発電発光部１Ａと、二次電池２２、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５、発電時には発電発光部の発電電力をスイッチ２１を介して二次電池に充電させ発光時にはＤＣ−ＤＣコンバータを駆動し二次電池の直流電圧を昇圧変換してスイッチ２１を介して発電発光部に印加させる制御回路２４を有する電子回路２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射された光により発電して発電電力を出力する発電機能と発電電力により発光する発光機能とを有する発電発光部を備えることを特徴とする有機ＥＬ装置。
【請求項２】
前記発光機能のための発電電力は入力された光により発電された発電電力を用いることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ装置。
【請求項３】
ＤＣ−ＤＣコンバータと、
発電時には前記発電発光部の発電電力を二次電池に充電し、発光時には前記ＤＣ−ＤＣコンバータを駆動し前記二次電池の直流電圧を昇圧変換して前記発電発光部に印加させる制御回路と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ装置。
【請求項４】
前記発電発光部は、受光して発電する受光ピクセルと、前記受光ピクセルで得られた発電電力により発光する発光ピクセルとが交互に且つ二次元状に配置されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の有機ＥＬ装置。
【請求項５】
前記発電発光部は、正極に接触して配置されたＰ型高分子有機半導体と、
負極に接触して配置されたＮ型低分子有機半導体と、
前記Ｐ型高分子有機半導体と前記Ｎ型低分子有機半導体との間に配置されたＰ型低分子有機半導体と、
を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の有機ＥＬ装置。
【請求項６】
前記発電発光部は、前記発光ピクセルから光を原稿に照射し、前記原稿から反射されてくる光を前記受光ピクセルで受光して発電電力を得て、
前記受光ピクセルで得られた発電電力の情報を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された発電電力の情報に基づき前記原稿を用紙に複写するように制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の有機ＥＬ装置。
【請求項７】
前記発光ピクセルは、赤色ピクセルと緑色ピクセルと青色ピクセルとが二次元状に配置されてなり、
前記制御部は、前記赤色ピクセルと前記緑色ピクセルと前記青色ピクセルとを時分割に選択して発光させることを特徴とする請求項６記載の有機ＥＬ装置。
【請求項８】
前記発電発光部は、前記原稿を透過する光源光を原稿に照射し、前記原稿から反射されてくる光を前記受光ピクセルで受光して発電電力を得て、
前記受光ピクセルで得られた発電電力の情報を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された発電電力の情報に基づき前記原稿を用紙に複写するように制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の有機ＥＬ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭用、業務用の夜間表示灯、夜間表示サイン、その他、夜間発光・表示するネームプレートなどに用いられる有機ＥＬ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬシートや有機ＥＬパネル等の有機ＥＬ装置は、発光ダイオード（ＬＥＤ）と同様の原理により駆動電流に応じて発光する有機樹脂を用いたフィルムシート、或いは発光板である。この有機ＥＬ装置は、全方向に均等に面発光するので、まぶしさが軽減されて目に優しいという特徴がある。
【０００３】
また、有機ＥＬ装置には発光機能を有する装置とは異なる構造によって、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光発電機能を有した装置も開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２６５２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、有機ＥＬ装置の現状の発光効率は、ＬＥＤと比較して低く、電池や充電池を用いた携帯機器に搭載しても長時間発光させることが難しかった。このため、広い発光面積の駆動に大きな電力が必要とする避難場所への案内板等へ応用することは困難であった。
【０００６】
本発明の課題は、携帯機器に搭載した場合でも長時間発光でき、大きな発光面積でも発光できる有機ＥＬ装置を提供することにある。さらには、発光機能と光発電機能とを同一構造の装置を用いて実現して、新たな機能装置を創出することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の有機ＥＬ装置は、入射された光により発電して発電電力を出力する発電機能と発電電力により発光する発光機能とを有する発電発光部を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、有機ＥＬ装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータと、発電時には発電発光部の発電電力を二次電池に充電し、発光時にはＤＣ−ＤＣコンバータを駆動し二次電池の直流電圧を昇圧変換して発電発光部に印加させる制御回路とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、有機ＥＬ装置の同一パネル上に形成された半導体ｐｎ接合を利用して発電機能および発光機能を有する発電発光部を設けている。発電発光部は、入射された光により発電して発電電力を出力し、この発電電力により発光する。従って、例えば、携帯機器に搭載した場合でも長時間発光でき、大きな発光面積でも発光できる有機ＥＬ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１の有機ＥＬ装置の概念図である。
【図２】本発明の実施例１の有機ＥＬ装置の断面構成図である。
【図３】本発明の実施例１の有機ＥＬ装置を用いた光発電発光システムの回路構成図である。
【図４】本発明の実施例２の有機ＥＬ装置の回路構成図である。
【図５】本発明の実施例３の有機ＥＬ装置を複写機に適用したときの構造図である。
【図６】本発明の実施例３の有機ＥＬ装置内の発光ピクセルと受光ピクセルとの構成図である。
【図７】本発明の実施例３の有機ＥＬ装置の発電出力に基づき原稿を用紙に複写する複写機の回路構成図である。
【図８】本発明の実施例３の有機ＥＬ装置内の発光ピクセルをＲＧＢピクセルとしたときの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態の有機ＥＬ装置を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
有機ＥＬ装置は、ＬＥＤと同様に内部に半導体ｐｎ接合を有しているので、発明者は、光エネルギーを接合面で照射すると両接合の不純物イオンにより光励起された正孔と自由電子がそれぞれｐ形領域とｎ形領域に分離して帯電し、発電が生じる可能性があると考えた。実験により発電現象を確認し、発電と発光の両効率を最大限に高めることは難しいものの、発光機能と光発電機能とを同一構造の装置を用いて実現した。以下、有機ＥＬ装置の発電発光について説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１の有機ＥＬ装置の概念図である。実施例１の有機ＥＬ装置１は、図１（ａ）に示すように、入射された光により発電して発電電力を出力する発電機能と、図１（ｂ）に示すように、発電機能で得られた発電電力を充電池２に充電し、充電池２に充電された充電電力、即ち、加えられた電気エネルギーを光エネルギーに変換することにより発光する発光機能とを有している。
【００１４】
図２は、本発明の実施例１の有機ＥＬ装置の断面構成図である。有機ＥＬ装置１は、例えば有機ＥＬ照明パネルからなり、図２（ａ）に示すように、正極１１に接触して配置されたＴＰＤ  Ｐ型高分子有機半導体（正孔輸送層）１４と、負極１２に接触して配置されたＡｌｑ３  Ｎ型低分子有機半導体（電子輸送層）１３と、ＴＰＤ  Ｐ型高分子有機半導体１４とＡｌｑ３  Ｎ型低分子有機半導体１３との間に配置されたルブレンＰ型低分子有機半導体（発光層）１５とを有している。ＴＰＤは、ルブレン・テトラフェニルジアミノビフェニルの略であり、Ａｌｑ３は、トリスアルミニウムの略である。
【００１５】
有機薄膜太陽電池は、図２（ｂ）に示すように、正極１１に接触して配置されたＰ型有機半導体（電子供与体）１７と、負極１２に接触して配置されたＮ型有機半導体（電子受容体）１６とを有している。
【００１６】
有機薄膜太陽電池のＮ型有機半導体１６を有機ＥＬ照明パネルのＡｌｑ３に対応させ、Ｐ型有機半導体１７を、ルブレン・ＴＰＤの２層と考えることにより、３層の有機ＥＬ照明パネルも、２層の有機薄膜太陽電池と同様にＰＮ接合とみなすことができる。ＰＮ接合部に光が当たると、励起された正孔と自由電子が障壁電界によってそれぞれ正極１１と負極１２とに分離されて光発電現象を起こす。
【００１７】
実験により、有機ＥＬ照明パネルが光発電することを確認できた。発電ピクセル（受光ピクセル）は、後述するように、二次元状に配置された緑ピクセル、赤ピクセル、青ピクセルからなり、緑ピクセル、赤ピクセル、青ピクセルの順に発電電圧が高いことが確認された。
【００１８】
また、有機ＥＬ照明パネルの発光特性を実験により確認した。有機ＥＬ照明パネルに一定の電流を流すと、発光照度は、緑ピクセル、赤ピクセル、青ピクセルの順に強くなる。従って、実験したパネルにおいては、有機ＥＬ照明パネルを光らせる際には緑色ピクセル発光領域を用いることが適切である。
【００１９】
図３は、本発明の実施例１の有機ＥＬ装置を用いた光発電発光システムの回路構成図である。図３において、Ｒは電流制限抵抗であり、Ｂ１〜Ｂ３は３個の充電池であり、Ｓ１〜Ｓ８は８個のスイッチである。
【００２０】
スイッチＳ１の一端には、電流制限抵抗Ｒと充電池Ｂ１とスイッチＳ７との直列回路が接続されている。スイッチＳ２の一端には、スイッチＳ３と充電池Ｂ２とスイッチＳ８との直列回路が接続されている。スイッチＳ３と充電池Ｂ２との間と充電池Ｂ１とスイッチＳ７との間には、スイッチＳ５が接続されている。
【００２１】
スイッチＳ３と充電池Ｂ２とスイッチＳ８との直列回路には、スイッチＳ４と充電池Ｂ３との直列回路が接続されている。スイッチＳ４と充電池Ｂ３との間と充電池Ｂ２とスイッチＳ８との間には、スイッチＳ６が接続されている。
【００２２】
スイッチＳ１の他端とスイッチＳ２の他端とスイッチＳ７，Ｓ８の他端、充電池Ｂ３の他端には、有機ＥＬ照明パネルからなる光電変換パネルが接続されている。
【００２３】
この光発電発光システムにおいて、光電変換パネルの発電時には、スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ７，Ｓ８をオンし、スイッチＳ１，Ｓ５，Ｓ６をオフし、充電池Ｂ１〜Ｂ３を並列充電する。光電変換パネルにより、Ｎｉ−ＭＨ１．２Ｖ  ８０ｍＡｈの充電池Ｂ１を約１時間程度で１Ｖまで充電できた。
【００２４】
光電変換パネルの発光時には、スイッチＳ１，Ｓ５，Ｓ６をオンし、スイッチＳ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ７，Ｓ８をオフし、充電池Ｂ１〜Ｂ３を光電変換パネルに直列に接続する。これにより、充電池Ｂ１〜Ｂ３に充電された電力により光電変換パネルを発光させることができる。
【００２５】
また、光電変換パネルを用いて発光に必要な３．０Ｖを得るために充電池Ｂ１〜Ｂ３を直列に接続したところ、同じ光電変換パネルを６０秒程度発光させることができた。光電変換パネルの発電効率と発光効率を最適化することにより、さらに長時間の発光を実現することも可能である。
【００２６】
このように、実施例１の有機ＥＬ装置１によれば、発電発光部１Ａが、入射された光により発電して発電電力を充電し、発光が必要な時には、充電された発電電力により発光する。従って、携帯機器に搭載した場合は長時間発光が得られ、昼間に充電して夜間発光する避難誘導灯などを大きな発電用受光面積と発光面積で実現することができる。また、後述するように、電流制限抵抗や充電池とスイッチなどの広範囲あるいは全ての構成部品を単体の有機ＥＬ装置に集積化することもできる。従って、明るい場所では、充電して、暗くなると自動発光するように様々な機能素材に応用することができる。
【実施例２】
【００２７】
図４は、本発明の実施例２の有機ＥＬ装置の回路構成図である。図４に示す実施例２の有機ＥＬ装置は、例えば有機ＥＬ照明パネル又は有機ＥＬシートからなり、発電発光部１Ａと、電子回路２０を有している。
【００２８】
発電発光部１Ａは、図１で説明した発電機能と発光機能とを有する発電発光部からなる。電子回路２０は、スイッチ２１、２次電池２２、光センサ２３、制御回路２４、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５を有している。電子回路２０は、発電発光部１Ａからの発電電力を充電したり、充電された電圧を昇圧したり、発電発光を切替制御するもので、トランジスタ等の半導体素子を有して構成される。
【００２９】
スイッチ２１は、発電発光部１Ａに接続される共通端子ａと、選択端子ｂ、選択端子ｃ、接片２１ａを有し、発電発光部１Ａの発電時には制御回路２４からの制御信号により接片２１ａを選択端子ｂに接続し、発電発光部１Ａの発光時には制御回路２４からの制御信号により接片２１ａを選択端子ｃに接続する。
【００３０】
２次電池２２は、発電発光部１Ａの発電時に、発電発光部１Ａの発電電力を選択端子ｂを介して充電する。光センサ２３は、発電発光部１Ａを含む有機ＥＬ装置１に入射される光を検出する。光センサ２３は、発電発光部１Ａの発電時には、発電発光部１Ａに入射される光を検出し、発電発光部１Ａの発光時には、発電発光部１Ａで発光した光を検出しない。
【００３１】
制御回路２４は、光センサ２３から光信号を入力した場合には、即ち、発電発光部１Ａの発電時には、スイッチ２１の接片２１ａを選択端子ｂに接続させる。制御回路２４は、光センサ２３から光信号を入力しない場合には、即ち、発光部１Ａの発光時には、スイッチ２１の接片２１ａを選択端子ｃに接続させ、２次電池２２に充電された発電電力を読み出してＤＣ−ＤＣコンバータ２５に出力させる。
【００３２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２５は、２次電池２２に充電された発電電力に基づく電圧を所定の電圧に昇圧して昇圧された電圧を選択端子ｃと接片２１ａを介して発電発光部１Ａに出力する。発電発光部１Ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５からの電圧により発光することができる。
【００３３】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２５としては、例えば、コンデンサとアナログスイッチとを複数段縦続接続して構成されたチャージポンプ回路を用いる。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５を小型化且つ軽量化することができる。
【００３４】
また、実施例２では、有機物からなる有機ラジカル材料を用いて薄膜化した大容量充電池も開発されており、その様な有機物で充電池を構成することも可能である。従って、発電発光部１Ａからの発電電力を有機材充電池に充電し、充電された電圧を昇圧し発電発光を切替制御するための電子回路２０をすべて、有機ＥＬ装置１内で実現することができる。勿論、２次電池２２のみを有機ＥＬ装置１の外部に設けるように構成しても良い。同様に実施例１も、すべてを有機ＥＬ装置１内で実現することが可能である。
【００３５】
また、実施例２では、光センサ２３を設け、スイッチ２１を制御回路２４からの制御信号により切り替えたが、光センサ２３を設けず、スイッチ２１を手動で切り替えても良い。このように構成することにより、コストをさらに低減することができる。
【実施例３】
【００３６】
図５は、本発明の実施例３の有機ＥＬ装置を複写機に適用したときの構造図である。図６は、本発明の実施例３の有機ＥＬ装置内の発光ピクセルと受光ピクセルとの構成図である。有機ＥＬ装置１ａに有する発電発光部は、図６に示すように、受光して発電する受光ピクセル１９（発電ピクセルともいう。）と、受光ピクセル１９で得られた発電電力により発光する発光ピクセル１８とが交互に且つ二次元状に配置されてなる。発光ピクセル１８と受光ピクセル１９とは、例えば、白色発光し、その反射光量に応じて発電する。
【００３７】
このように発光ピクセル１８と受光ピクセル１９とが混在した有機ＥＬ装置１ａにおいて、図５に示すように、二次元状に配置された発光ピクセル１８で発光した光を原稿３１に照射させる。
【００３８】
情報源である原稿３１には、文字、数字等が記載されている。原稿３１で反射された光は、有機ＥＬ装置１ａの二次元状に配置された受光ピクセル１９で受光される。二次元状に配置された受光ピクセル１９のそれぞれは、発電して発電電力を出力する。情報源である原稿３１が平面でなく円筒状のドラム体表面や裏面に記録されている場合でも、有機ＥＬ装置は曲面としてフレキシブルであるため情報源の記録媒体に合わせて構成配置することが可能となり、より高精度な複写が可能となる。勿論、有機ＥＬ装置の前面に光学系を設けて、従来のコピー機のように撮影映像を複写することも可能である。その際には、撮像部からの発光を用いることができるので、発光と受光で同一の光学系を用いた最も小型な構造による複写が可能となる。
【００３９】
図７は、本発明の実施例３の有機ＥＬ装置の発電出力に基づき原稿を用紙に複写する複写機の回路構成図である。複写機は、切替器３３、マイクロコンピュータ３４、メモリ３５、プリンタ３６を有している。
【００４０】
切替器３３は、マルチプレクサからなり、二次元状に配置された発光ピクセル１８と二次元状に配置された受光ピクセル１９とに対応して設けられ、二次元状に配置された発光ピクセル１８又は二次元状に配置された受光ピクセル１９を選択する。
【００４１】
マイクロコンピュータ３４は、本発明の制御部に対応し、切替器３３が二次元状に配置された受光ピクセル１９を選択した時に、選択された二次元状の各受光ピクセル１９からの発電電力の情報をメモリ３５に記憶させる。メモリ３５は、選択された二次元状の各受光ピクセル１９からの発電電力の情報を二次元状に記憶する。マイクロコンピュータ３４は、メモリ３５に記憶された二次元状の各受光ピクセル１９からの発電電力の情報を読み出して、プリンタ３６にセットされた用紙３２に印刷する。これにより、原稿３１を用紙３２に複写することができる。プリンタ３６を省いて、スキャナとしても使用できることは言うまでもない。
【００４２】
このように実施例３の有機ＥＬ装置によれば、有機ＥＬ装置１ａが発電発光部１Ａを有するので、発電発光部１Ａを複写機に利用することができる。
【００４３】
なお、本発明は、前述した実施例１〜３の有機ＥＬ装置に限定されるものではない。実施例３の有機ＥＬ装置では、発光ピクセル１８と受光ピクセル１９とを白黒のピクセルとしたが、例えば、発光ピクセル１８は、図８に示すように、赤色ピクセル１８ａと緑色ピクセル１８ｂと青色ピクセル１８ｃとが二次元状に配置されても良い。
【００４４】
この場合には、切替器３３は、二次元状に配置された発光ピクセル１８からなる、赤色ピクセル１８ａと緑色ピクセル１８ｂと青色ピクセル１８ｃを選択する。マイクロコンピュータ３４は、赤色ピクセル１８ａと緑色ピクセル１８ｂと青色ピクセル１８ｃとを時分割に選択制御することにより、赤色ピクセル１８ａと緑色ピクセル１８ｂと青色ピクセル１８ｃとを時分割に発光させることができる。このように構成することにより、解像度をさらに向上させることができる。
【００４５】
また、有機ＥＬ装置である有機ＥＬ照明パネル又は有機ＥＬシートの表面に色フィルタを取り付けても良い。色フィルタとしては、例えば、赤緑青色を通過させるＲＧＢフィルタ又はシアン、マゼンダ、イエロー色を通過させるＣＭＹフィルタを用いることができる。これらのフィルタを用いることにより、赤緑青色又はシアン、マゼンダ、イエロー色を同時に取り込むことができる。
【００４６】
さらに、本発明による有機ＥＬ装置の発光ピクセルを受光ピクセルに変更あるいは代用（上述した通り、発光ピクセルは発電機能も有することにより）できるように構成し、情報源の原稿に対し等価的に光源を設けることで透過画像、情報をより高精度に複写することが可能となるし、複写精度に応じて発光領域を受光領域に変更する割合を変化させることも可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  有機ＥＬ装置
１Ａ  発電発光部
１１  正極
１２  負極
１３  Ａｌｑ３  Ｎ型低分子有機半導体（電子輸送層）
１４  ＴＰＤ  Ｐ型高分子有機半導体
１５  ルブレンＰ型低分子有機半導体（発光層）
１６  Ｎ型有機半導体（電子受容体）
１７  Ｐ型有機半導体（電子供与体）
１８  発光ピクセル
１９  受光ピクセル
２０  電子回路
２１  スイッチ
２２  ２次電池
２３  光センサ
２４  制御回路
２５  ＤＣ−ＤＣコンバータ
３１  原稿
３２  用紙
３３  切替器
３４  マイクロコンピュータ
３５  メモリ
３６  プリンタ
Ｒ  電流制限抵抗
２，Ｂ１〜Ｂ３  充電池
Ｓ１〜Ｓ８  スイッチ
【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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