特許 5984203 有機ＥＬ素子のショート故障検出方法および検出回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5984203

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】有機ＥＬ素子のショート故障検出方法および検出回路

(51)【国際特許分類】

   H05B 33/08 20060101AFI20160823BHJP

   H01L 51/50 20060101ALI20160823BHJP

【ＦＩ】

   H05B33/08

   H05B33/14 A

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-48600(P2012-48600)

(22)【出願日】2012年3月5日

(65)【公開番号】特開2013-186946(P2013-186946A)

(43)【公開日】2013年9月19日

【審査請求日】2015年2月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】300022353

【氏名又は名称】ＮＥＣライティング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(72)【発明者】

【氏名】岩切 敏哉

【審査官】 大竹 秀紀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０４００７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１１１０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０７０９０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２０４６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０１５５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０１６４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２２３１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０６４７６１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ３３／０８

Ｈ０１Ｌ ５１／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

容量性のインピーダンス成分を有する有機ＥＬ素子に通電し、続いて、通電を停止し、
通電が停止後の、前記有機ＥＬ素子の順方向電圧降下を検出し、
検出した順方向電圧降下に基づいて、有機ＥＬ素子にショート故障が発生しているか否かを判別する、
ことを特徴とする有機ＥＬ素子のショート故障検出方法。

【請求項2】

検出した順方向電圧降下が、基準電圧よりも高いときには、ショート故障が発生していないと判別し、
検出した順方向電圧降下が、基準電圧以下のときには、ショート故障が発生していると判別する、
ことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子のショート故障検出方法。

【請求項3】

容量性のインピーダンス成分を有する有機ＥＬ素子に通電し、続いて、通電を停止する通電制御部と、
通電が停止後の前記有機ＥＬ素子の順方向電圧降下を検出する電圧検出部と、
検出した順方向電圧降下に基づいて、有機ＥＬ素子にショート故障が発生しているか否かを判別する判別部と、
を備える、ことを特徴とする有機ＥＬ素子のショート故障検出回路。

【請求項4】

前記判別部は、検出した順方向電圧降下が、基準電圧よりも高いときには、ショート故障が発生していないと判別し、検出した順方向電圧降下が、基準電圧以下のときには、ショート故障が発生していると判別する、
ことを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ素子のショート故障検出回路。

【請求項5】

前記通電制御部は、
前記有機ＥＬ素子に通電するデューティを制御する調光手段と、
通電中に電流を所定の期間、遮断する手段と、
を備える、ことを特徴とする請求項３または４に記載の有機ＥＬ素子のショート故障検出回路。

【請求項6】

有機ＥＬ素子に通電し、続いて、通電を停止する通電制御部と、
通電が停止後の前記有機ＥＬ素子の順方向電圧降下を検出する電圧検出部と、
検出した順方向電圧降下に基づいて、有機ＥＬ素子にショート故障が発生しているか否かを判別する判別部と、
を備え
前記電圧検出部は、有機ＥＬ素子のアノードとカソードの一方に接続されたベースと、他方に接続されたエミッタ又はコレクタを備えるトランジスタを備え、
前記判別部は、該トランジスタのオン・オフに基づいて、ショート故障の有無を判別する、ことを特徴とする有機ＥＬ素子のショート故障検出回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有機ＥＬ素子のショート故障検出方法および検出回路に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、発光モジュールとして、複数個の有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を組み込んだ有機ＥＬパネルが照明器具に使用されている。かかる有機ＥＬ素子は、有機材料の薄膜に電界をかけて発光させるデバイスである。この薄膜の厚さにはばらつきがあり、局所的に抵抗が低い箇所があるため、その箇所で電気的に短絡、すなわちショートが生じ易い。かかるショートは、完全なショート状態（有機ＥＬ素子のフォワード電圧Ｖｆ＝０Ｖ）ではなく、ある程度のインピーダンスを有する。

【0003】

通常、有機ＥＬ素子が点灯したときの明るさは、その駆動電流の大きさに比例するから、照明器具には、その明るさを一定に維持するために定電流源が使用される。このため、有機ＥＬ素子がショートすると、有機ＥＬ素子に一定の電流が常に流れるが、そのショートした箇所に電流が集中して、その有機ＥＬ素子は発熱する。このため、ショートした有機ＥＬ素子を速やかに取り替えるために、または有機ＥＬパネルに電流を流さなくすることによって発熱を抑え、安全性を確保するためにも、ショート故障を検出する必要がある。

【0004】

たとえば、有機ＥＬ素子に供給する駆動電流を制御する素子駆動トランジスタをその線形領域で動作させ、このときの発光輝度またはカソード電流を観察して、有機ＥＬ素子のショートを検出する方法が提案されている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−６４８０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上述の検出方法では、有機ＥＬ素子の固有の特性、たとえばＶ−Ｉ特性、温度特性、ショート時のインピーダンス値のばらつきによって、発光輝度またはカソード電流にばらつきが生じ、その固有の特性を考慮しなければ、有機ＥＬ素子のショート故障を検出することができないという問題があった。

【0007】

本発明の目的は、有機ＥＬ素子の固有の特性のばらつきにかかわらず、有機ＥＬ素子のショート故障を検出することができる方法と検出回路を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１の観点に係る有機ＥＬ素子のショート故障検出方法は、
容量性のインピーダンス成分を有する有機ＥＬ素子に通電し、続いて、通電を停止し、
通電が停止後の、前記有機ＥＬ素子の順方向電圧降下を検出し、
検出した順方向電圧降下に基づいて、有機ＥＬ素子にショート故障が発生しているか否かを判別する、ことを特徴とする。

【0009】

本発明の第２の観点に係るショート故障検出回路は、
容量性のインピーダンス成分を有する有機ＥＬ素子に通電し、続いて、通電を停止する通電制御部と、
通電が停止後の前記有機ＥＬ素子の順方向電圧降下を検出する電圧検出部と、
検出した順方向電圧降下に基づいて、有機ＥＬ素子にショート故障が発生しているか否かを判別する判別部と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、通電が停止されたときの有機ＥＬ素子の順方向電圧の値にしたがって有機ＥＬ素子のショート故障を検出するから、有機ＥＬ素子の固有の特性のばらつきを考慮する必要がないという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係るショート故障検出回路を備える照明器具の回路図である。

【図2】図１の回路図の概略ブロック図である。

【図3】（ａ）は、正常な有機ＥＬ素子に発生するフォワード電圧Ｖｆと時間ｔとの関係を示し、（ｂ）は有機ＥＬ素子を流れる順方向電流Ｉｆと時間ｔとの関係を示す。

【図4】（ａ）は、ショート故障した有機ＥＬ素子に発生するフォワード電圧Ｖｆと時間ｔとの関係を示し、（ｂ）は有機ＥＬ素子を流れる順方向電流Ｉｆと時間ｔとの関係を示す。

【図5】図１、２に示す照明器具の動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係るショート故障検出回路を備える照明器具について説明する。

【0013】

図２に示すように、本実施の形態に係る備える照明器具１０は、定電流回路１２と、有機ＥＬパネル１４と、制御部１８と、ショート故障検出回路２０とを備える。

【0014】

定電流回路１２は、図１に示すように、たとえば、商用電源等の交流電源１２ａに接続され、有機ＥＬパネル１４を駆動するための定電流を生成して出力する。定電流回路１２には、たとえば、ＬＥＤ用の定電流回路を使用することができる。また、定電流回路１２は、後述のＰＷＭ調光を行うためにオン・オフするスイッチ１６を含む。

【0015】

有機ＥＬパネル１４は、図１に示すように、４個の有機ＥＬ素子１４ａを含む。４個の有機ＥＬ素子１４ａは互いに直列接続されている。各有機ＥＬ素子１４ａは、電気エネルギーを光エネルギーに変換する有機材料からなる有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）から構成される。有機ＥＬパネル１４のアノードは、定電流回路１２の電流流出端に接続され、カソードは、定電流回路１２の電流流入端に接続されている。有機ＥＬパネル１４は、定電流回路１２から供給される定電流が流れることにより、発光する。

【0016】

スイッチ１６は、ＭＯＳトランジスタ、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチから構成され、定電流回路１２の内部に配置されている。このスイッチ１６は、有機ＥＬパネル１４に接続され、制御部１８の制御に従って、電流路を接続・切断する。

【0017】

制御部１８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリなどから構成され、メモリに記憶されたプログラムを実行して後述する点灯処理とショート故障検出処理とを実行する。点灯処理とショート故障検出処理の詳細については後述する。

【0018】

ショート故障検出回路２０は、図２に示すように、フォワード電圧検出部２２，論理和回路２４，直流電圧源２６，および表示部２８を備える。

【0019】

フォワード電圧検出部２２は、図１に示すように、４つの抵抗２２ａと、４つのＰＮＰ型トランジスタ２２ｂとを含む。各抵抗２２ａの一端は対応する有機ＥＬ素子１４ａのカソードに、その他端は、対応するトランジスタ２２ｂのベースに接続されている。各トランジスタ２２ｂのエミッタは、対応する有機ＥＬ素子１４ａのアノードに接続され、そのコレクタは論理和回路２４の対応する、後述の抵抗Ｒ１の一端に接続されている。

【0020】

論理和回路２４は、有機ＥＬ素子１４ａ毎に、抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、抵抗Ｒ５と、ＮＰＮ型の第１のトランジスタ２４ａと、ＮＰＮ型の第２のトランジスタ２４ｂとを含む。

【0021】

各抵抗Ｒ１の他端は、対応する第１のトランジスタ２４ａのベースおよび対応する抵抗Ｒ３の一端に接続されている。各トランジスタ２４ａのコレクタは、対応する抵抗Ｒ４の一端および対応する抵抗Ｒ２の一端に接続され、そのエミッタは対応する抵抗Ｒ３の他端に接続されると共に接地されている。また、各抵抗Ｒ４の他端には、直流電圧源２６から電源電圧ＶＤＤが印加される。

【0022】

各第２トランジスタ２４ｂのベースは、対応する抵抗Ｒ２の他端に接続され、そのコレクタには、例えば、直流電圧源２６からの電源電圧ＶＤＤが印加されている。また、そのエミッタは、抵抗Ｒ５を介して接地されている。

【0023】

４つの第２トランジスタ２４ｂのエミッタには、ショート故障検出回路２０の出力端子ＴＡが共通に接続されている。

【0024】

出力端子ＴＡは制御部１８に接続され、制御部１８は、出力端子ＴＡの電圧により、ショート故障の有無を検出し、表示部２３に電圧の有無を表示させる。表示部２３は、電圧の有無を示すことができれば、たとえば表示の代わりにアラーム音による警報でもよい。

【0025】

直流電圧源２６は、交流電源１２ａに接続され、交流電圧を整流して、一定電圧、例えば、５Ｖの電源電圧ＶＤＤを生成し、論理和回路２４に印加する。

【0026】

表示部２８は、ＬＥＤ等から構成され、制御部１８の制御に従って、有機ＥＬパネル１４にショート故障があると点灯する。

【0027】

ここで、有機ＥＬ素子１４ａの特性を、図３、４を参照して説明する。

【0028】

図３（ａ）、（ｂ）は、正常な有機ＥＬ素子１４ａに発生するフォワード電圧Ｖｆと時間ｔとの関係、および有機ＥＬ素子１４ａを流れる順方向電流Ｉｆと時間ｔとの関係を示す。

【0029】

図３（ａ），（ｂ）に示すように、有機ＥＬ素子１４ａへの通電をタイミングＴで停止して、有機ＥＬ素子１４ａを流れる電流Ｉｆを０にしても、順方向の電圧降下は、その順方向電圧Ｖｆよりわずかに小さい値Ｖｆ’になるだけであり、０にはならない。この特性は、有機ＥＬ素子４６が容量性のインピーダンス成分を有することによる。

【0030】

一方、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ショート故障を起こした、有機ＥＬ素子１４ａへの通電をタイミングＴで停止し、流れる電流を０にすると、その順方向の電圧降下は、Ｖｆ’ではなく、ほぼ０になる。この特性は、ショート故障が生じた有機ＥＬ素子１４ａは、容量性ではなく、抵抗性のインピーダンス成分を有することによる。

【0031】

このように、有機ＥＬ素子１４ａを流れる電流を瞬間的に０にすると、有機ＥＬ素子１６ａがショートしている場合は、順方向電圧降下がほぼ０になり、正常な場合は、ほぼ順方向電圧Ｖｆを維持する。

【0032】

従って、有機ＥＬ素子１０に流れる電流を瞬時的に遮断し、そのときの順方向電圧降下を測定すれば、その有機ＥＬ素子１０が正常か、ショート故障を起こしているかを判別することが可能である。

【0033】

次に、ショート故障検出回路２０によるショート故障検出動作について説明する。

【0034】

ここで、各有機ＥＬ素子１４ａの印加電圧は、対応するＰＮＰ型トランジスタ２２ｂの
ベースエミッタ間に印加される。

【0035】

ここで、有機ＥＬ素子１４ａが正常であるとすると、有機ＥＬ素子を電流がながれているか否かにかかわらず、その順方向の電圧はほぼＶｆである。このため、対応するＰＮＰトランジスタ２２ｂのベースエミッタ間には、逆バイアス電圧が印加され、対応するトランジスタ２２ｂはオンし続ける。

【0036】

このオンにより、対応する第１のトランジスタ２４ａもオンする。これにより、出力段のトランジスタ２４ｂのベース電圧はグランドレベルとなり、トランジスタ２４ｂはオフする。

【0037】

一方、ショート故障を起こした有機ＥＬ素子１４ａの通電中の順方向の電圧は、ほぼ順方向電圧Ｖｆに等しい。このため、正常な有機ＥＬ素子１４ａと同様に、対応する出力段トランジスタ２４ｂはオフとなる。

【0038】

しかし、ショート故障を起こした有機ＥＬ素子１４ａへの通電が停止すると、その順方向の電圧降下は、ほぼ０となる。このため、対応するＰＮＰトランジスタ２２ｂのベースエミッタ間に逆バイアス電圧を印加することができず、対応するトランジスタ２２ｂはオフする。すると、対応する第１トランジスタ２４ａもオフする。このため、これにより、出力段のトランジスタ２４ｂのベース電圧はほぼＶＤＤとなり、トランジスタ２４ｂはオンする。

【0039】

４つのトランジスタ２４ｂのエミッタはワイヤードオア接続されているため、１つでもオンしたトランジスタ２４ｂが存在すると、その電圧は、ほぼＶＤＤとなる。

【0040】

従って、ショート故障した有機ＥＬ素子１４ａが存在しない場合、通電の有無にかかわらず、出力端子ＴＡの電圧はグランドレベルとなる。これに対し、１個でもショート故障した有機ＥＬ素子１４ａが存在すると、通電が停止した状態では、出力端子ＴＡの電圧はＶＤＤとなる。

【0041】

次に、上記のショート故障検出回路２０の動作を前提に、図５を参照して、図１、図２に示す照明器具１０の動作を説明する。

【0042】

照明器具１０の電源をオンすると、定電流回路１２は有機ＥＬパネル１４の有機ＥＬ素子１４ａの直列回路に通電を開始する。これにより、各有機ＥＬ素子１４ａは点灯する。

【0043】

一方、制御部１８は、電源がオンされると、図５のフローに示す処理を開始し、図示せぬ調光つまみの操作などによって指示された調光度に従ったデューティ比で、スイッチ１６をオン・オフする。即ち、有機ＥＬパネル１４をＰＷＭ制御する。

【0044】

例えば、制御部１８は、調光度が高い（明るい）が指示されている場合には、スイッチ１６をオンする期間の割合を大きくして、有機ＥＬ素子１４ａに供給される電流（エネルギー）の総量を大きくし、調光度が低い（暗い）が指示されている場合には、スイッチ１６をオンする期間の割合を小さくして、有機ＥＬ素子１４ａに供給される電流（エネルギー）の総量を小さくする（ステップＳ１）。

【0045】

制御部１８は、上述の点灯動作を行いつつ、ショート故障検出のタイミングになったか否かを判別する（ステップＳ２）。

【0046】

ショート故障の検出のタイミングとは、ＰＷＭ調光を行うためにオン・オフを繰り返すスイッチ１６がオフのタイミングである。

【0047】

ショート故障検出のタイミングになっていないと判別すると（ステップＳ２；Ｎｏ）、処理は、ステップＳ１にリターンし、ＰＷＭ制御を継続する。

【0048】

一方、制御部１８は、ショート故障検出のタイミングになったと判別すると（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、スイッチ１６はオフであり、有機ＥＬ素子１４ａに流れる電流は０になる（ステップＳ３）。

【0049】

すると、前述したように、正常な有機ＥＬ素子１４ａは、印加電圧がほぼＶｆを維持し、一方、ショート故障している有機ＥＬ素子１４ａの印加電圧は、ほぼ０となる。

【0050】

この差により、前述したように、出力端子ＴＡに電圧が発生する。

【0051】

制御部１８は、出力端子ＴＡに現れる電圧を判別し、ほぼグランドレベルであれば、故障なし、ほぼＶＤＤであれば、少なくとも１つのショート故障が存在すると判別する（ステップＳ４）。ショート故障なしと判別した場合（ステップＳ４；Ｎｏ）、制御部１８は、処理をステップＳ１に戻し、点灯動作を継続する。

【0052】

一方、制御部１８は、ショート故障ありと判別した場合（ステップＳ４；Ｙｅｓ）には、表示部２８を点灯し（ステップＳ５）、ショート故障が発生したことを報知する。

【0053】

その後、点灯動作を停止しても、あるいは、継続しても、任意である。

【0054】

本実施形態の照明器具１０によれば、有機ＥＬ素子１４ａへの通電を停止することによって、通常の点灯処理にほとんど影響を与えることなく、ショート故障が生じていない有機ＥＬ素子の非通電時の順方向印加電圧と、ショート故障が生じている有機ＥＬ素子の非通電時の順方向印加電圧とが相違するという有機ＥＬ素子の特性を利用して、有機ＥＬパネルのショート故障の有無を検出することができる。

【0055】

また、調光用のスイッチング機能を利用して、有機ＥＬ素子への通電を遮断しているので、ショート故障専用に電流を遮断するための構成を設ける必要がなく、回路構成上も効率が高い。

【0056】

なお、この発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。

【0057】

例えば、図１、２で示した回路構成は例示であり、同様の機能が得られるならば、任意に変更可能である。

【0058】

例えば、有機ＥＬ素子１４を４個直列接続した例を示したが、有機ＥＬ素子の数は任意である。

【0059】

また、調光機能を利用して、電流を遮断したが、他の構成により、有機ＥＬパネル１４に流れる電流を遮断してもよいし、有機ＥＬパネル１４に流れないようにバイパスさせてもよい。

【0060】

また、有機ＥＬ素子１４ａの、非通電時の印加電圧を、並列に接続されたトランジスタ２２ｂのベースエミッタ電圧により検出する構成を例示したが、他の検出手法を使用してもよい。

【0061】

また、論理和回路２４により、少なくとも１つの有機ＥＬ素子１４ａにショート故障が存在するときに、出力端子ＴＡの電圧を制御するようにしたが、個々の有機ＥＬ素子１４用の出力端子を設けてもよい。この場合は、例えば、各第２のトランジスタ２４ｂのエミッタに、出力端子を個別に接続すればよい。

【0062】

有機ＥＬパネルを発光素子として使用する例を示したが、有機ＥＬダイオードを複数個配列した構成でもよい。

【0063】

また、点灯動作中に、ユーザが認識できない程度の期間通電を停止してショート故障の有無を判別する例を説明したが、点灯時、消灯時などのみに、ショート故障を判別するようにしてもよい。

【0064】

上記の実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

【0065】

（付記１）
有機ＥＬ素子に通電し、続いて、通電を停止し、
通電が停止後の、前記有機ＥＬ素子の順方向の印加電圧を検出し、
検出した印加電圧に基づいて、有機ＥＬ素子にショート故障が発生しているか否かを判別する、
ことを特徴とする有機ＥＬ素子のショート故障検出方法。

【0066】

（付記２）
検出した印加電圧が、基準電圧よりも高いときには、ショート故障が発生していないと判別し、
検出した印加電圧が、基準電圧以下のときには、ショート故障が発生していると判別する、
ことを特徴とする付記１に記載の有機ＥＬ素子のショート故障検出方法。

【0067】

（付記３）
有機ＥＬ素子に通電し、続いて、通電を停止する通電制御部と、
通電が停止後の前記有機ＥＬ素子の順方向の印加電圧を検出する電圧検出部と、
検出した印加電圧に基づいて、有機ＥＬ素子にショート故障が発生しているか否かを判別する判別部と、
を備える、ことを特徴とする有機ＥＬ素子のショート故障検出回路。

【0068】

（付記４）
前記判別部は、検出した印加電圧が、基準電圧よりも高いときには、ショート故障が発生していないと判別し、検出した印加電圧が、基準電圧以下のときには、ショート故障が発生していると判別する、
ことを特徴とする付記３に記載の有機ＥＬ素子のショート故障検出回路。

【0069】

（付記５）
前記通電制御部は、
前記有機ＥＬ素子に通電するデューティを制御する調光手段と、
通電中に電流を所定の期間、遮断する手段と、
を備える、ことを特徴とする付記３または４に記載の有機ＥＬ素子のショート故障検出回路。

【0070】

（付記６）
前記電圧検出部は、有機ＥＬ素子のアノードとカソードの一方に接続されたベースと、他方に接続されたエミッタ又はコレクタを備えるトランジスタを備え、
前記判別手段は、該トランジスタのオン・オフに基づいて、ショート故障の有無を判別する、ことを特徴とする付記３乃至５のいずれか１つに記載の有機ＥＬ素子のショート故障検出回路。

【符号の説明】

【0071】

１４ 有機ＥＬパネル
１４ａ 有機ＥＬ素子
１６ スイッチ（通電制御部）
１８ 制御部（判別部、判別手段）
２０ ショート故障検出回路
２２ フォワード電圧検出部（電圧検出部）
２２ａ 第１の抵抗
２２ｂ ＰＮＰ型トランジスタ（トランジスタ）
２４ 論理和回路
２４ａ 第１のＮＰＮ型トランジスタ
２４ｂ 第２のＮＰＮ型トランジスタ
ＴＡ 出力端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】