DE102008019926A1 - Beleuchtungsvorrichtung und Verfahren zur Erzeugung einer flächigen Lichtausgabe - Google Patents
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Abstract
Eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem anorganischen lichtemittierenden Bauelement mit einer ersten Lichtaustrittsfläche und einem organischen lichtemittierenden Bauelement mit einer zweiten Lichtaustrittsfläche, die größer als die erste Lichtaustrittsfläche ist, wird beschrieben. Das anorganische lichemittierende Bauelement und das organische lichtemittierende Bauelement sind so angeordnet, dass eine flächige Lichtausgabe resultiert, in der sich Licht des anorganischen lichtemittierenden Bauelements und Licht des organischen lichtemittierenden Bauelements überlagern.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungsvorrichtung bzw. die Erzeugung einer flächigen Lichtausgabe.
- Die in der heutigen allgemeinen Beleuchtungstechnik dominierenden Leuchtmittel (Lampen) sind Glühlampen und Leuchtstoffröhren, die vor ca. 120 bzw. 60 Jahren erstmalig realisiert wurden. Ihre Herstellungstechnologien und ihre Funktionalität sind weitgehend ausgereift. In der vergangenen Dekade wurden substantielle Verbesserungen nicht mehr erzielt.
- Während der letzten Dekade haben LEDs, d. h. lichtemittierende Dioden (LED = light emitting diode), aus Halbleitern einen Entwicklungsstand erreicht, der weit über ihre ursprüngliche Funktionalität und Einssatzbereiche (Indikator, Status-, Signallampen, Anzeigentechnik) hinausgeht. Bereits heute haben LEDs begonnen, die Displaytechnik im Außenbereich sowie spezielle Bereiche der Be- und Hinterleuchtung zu durchdringen.
- Eine allmähliche Durchdringung des Sektors der Allgemeinbeleuchtung durch LEDs setzt noch ganz erhebliche Fortschritte bei der Reduzierung der LED Herstellungskosten und der Verbraucherendpreise voraus. Wenn Letzteres in ausreichendem Maß gelingt, dann kann aus der Vision „Solid State Lighting” die Beleuchtungstechnologie des 21. Jahrhunderts werden.
- Treibende Kräfte für diese Entwicklung sind die Vorteile und der Nutzen, die LEDs gegenüber konventionellen Lichtquellen bieten. Die hervorstechenden Vorteile halbleiterbasierender LEDs sind:
- – Kompakte Bauweise (Abmessungen von wenigen mm)
- – Robustheit (keine zerbrechlichen Glasbauteile)
- – Niedrige Betriebstemperaturen
- – Niedrige Betriebsspannungen (wenige Volt), mobiler Gerätebetrieb (Batterien) Schnelle Modulierbarkeit, z. T. z. B. über 100 MHz
- – Lange Lebensdauer von beispielsweise über 10.000 h Größte potentielle Leistungseffizienz aller elektrischer Leuchtmittel Hohe Punktleuchtdichten
- – Umweltverträglichkeit (z. B. keine Quecksilberentsorgung)
- Beleuchtungskörper auf Basis von organischen Leuchtdioden (OLEDs) sind im Gegensatz zu den LEDs noch in der Entwicklungsphase, zeigen aber jetzt schon ein erhebliches Potenzial für die Beleuchtungsquellen der Zukunft.
- Durch die rasche Steigerung der Effizienz dieser Leuchtdioden, die heute bei grünen Dioden bereits die anorganischen Leuchtdioden übertreffen, eröffnen OLEDs einen zukünftigen Markt für flächige Beleuchtung. Als flächiger Leuchtkörper mit gegenüber der LED moderater Leuchtdichte ist die OLED ideal geeignet für die Herstellung flächiger diffuser Lichtquellen. Hierbei kann in Zukunft die OLED durch ihre Dünnschichttechnologie auch die Realisierung von flexiblen Leuchtkörpern ermöglichen, was ganz neue Anwendungen in der Beleuchtung von Räumen gestattet. Die Vorteile der OLEDs sind hierbei:
- – Flächige, diffuse Lichtquelle
- – Sehr dünne Bauweise (Dicken von unter einem bis wenigen mm)
- – Niedrige Betriebsspannungen (wenige Volt), mobiler Gerätebetrieb (Batterien)
- – Hohe Leistungseffizienz
- – Umweltverträglichkeit (keine Quecksilberentsorgung)
- – Realisierung auf flexiblen Untergründen möglich
- Die Möglichkeit, dass durch Halbleiterlichtemissionsbauelemente eine völlig neue Art der elektrischen Lichterzeugung erhaltbar ist, entstand durch die in den frühen 1960er Jahren einsetzende III-V Halbleiter (HL) Technologie. In einem III-V HL pn-Übergang werden Elektronen und Löcher in einen räumlich eng eingegrenzten Bereich injiziert, wo sie unter Emission von Licht rekombinieren. Die Strahlung ist weitgehend monochromatisch und ihre Wellenlänge wird durch den Bandabstand des HL Materials bestimmt. Farbige LED werden hauptsächlich in der Elektronik oder bei Statusanzeigen eingesetzt. Weiße LEDs, die auf dem Prinzip der teilweisen Lumineszenzkonversion des blauen Primärlichts eines LED Chips in einem Gelb emittierenden Leuchtstoff beruhen bzw. farbveränderliche LEDs (Aufgebaut aus drei farbigen LEDs) werden hauptsächlich für den Effektbeleuchtungs- und Allgemeinbeleuchtungsbereich eingesetzt. Die Punkthelligkeiten der LEDs sind in den letzten Jahren stark gestiegen und erreichen heute mehrere Millionen cd/m2, was den Einsatz in Scheinwerfereinheiten möglich macht.
- Ein wichtiger Zukunftsmarkt ist herbei die Hintergrundbeleuchtung von LCDs. Sofern eine flächige Lichtquelle mit LEDs realisiert werden soll, so gibt es zwei Verfahren zur Realisierung. Zum einen werden direktstrahlende LEDs mit einem vorgeschalteten Diffuser für die flächige Beleuchtung angewandt. Nachteil hierbei ist der notwendige Diffuser, der umso effektiver homogenisiert, je größer der Abstand zur Leuchtdiode ist. Dies erhöht die Dicke der realisierten Leuchtflächen und kann auch zu Winkelabhängigkeiten im Farbspektrum führen. Eine andere Möglichkeit ist die Seiteneinstrahlung von LEDs mit einer Keiloptik oder Streufolienoptik, durch welche das seitlich eingestrahlte Licht in Richtung der Betrachtung umgelenkt wird. Hierbei ist die Dimensionierung der Streufolien/Keiloptik kompliziert, um Inhomogenitäten in der Fläche zu vermeiden. Weiterhin erreicht die Seiteneinspeisung eine geringere Effizienz, da Licht bei der Umlenkung absorbiert wird.
- Elektrolumineszenz aus organischen Materialien wurde 1963 erstmals an Anthracen-Einkristallen entdeckt. Basierend darauf konnten 1987 durch Tang und VanSylke die ersten Leuchtdioden aus dünnen organischen Schichten vorgestellt werden. Im einfachsten Aufbau besteht eine OLED aus einer organischen Schicht, die sich zwischen zwei Elektroden (Anode und Kathode) befindet. Als Anode werden häufig ITO (indium tin oxide) beschichtete Glassubstrate verwendet, die hinreichend leitfähig und im sichtbaren Spektralbereich transparent sind, so dass durch diese Elektrode das erzeugte Licht austreten kann. Im Gegensatz zu den LEDs besitzen OLEDs eine vergleichbar geringere Helligkeit von 100–5000 cd/m2, was sie für Direktsichtbeleuchtung geeignet macht, aber nicht für Punktlichtanwendungen. Da OLEDs auf amorphen Schichten basieren, benötigen sie keinen kristallinen Untergrund und können auf fast beliebigen Untergründen aufgebracht werden. Weiße OLEDs werden durch Farbkombinationen (rot, grün, blau) in einer Schichtfolge erreicht. Aufgrund der geringen Schichtdicke (insgesamt ca. 300 nm) sind Realisierungen auf flexiblen Untergründen (Kunststofffolie bzw. Metallfolie) möglich. Ein Problem stellt die hohe Sauerstoff- und Wasserempfindlichkeit dar. Um die OLED zu stabilisieren, wird das Substrat mit einer weiteren Glaskappe verklebt und/oder mittels einer Dünnschichtfolge anorganischer bzw. organischer Schichten beschichtet.
- Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effektivere Beleuchtungsvorrichtung bzw. ein effektiveres Verfahren zum Erzeugen einer flächigen Lichtausgabe zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 17 gelöst.
- Eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass viele verschiedene Vorteile der einzelnen Komponenten, nämlich der organischen lichtemittierenden Bauelemente ei nerseits und der anorganischen lichtemittierenden Bauelemente andererseits, so vereint werden können, dass sich insgesamt ein Beleuchtungskonzept mit verbesserten Charakteristika ergibt. Die Kombination beider Beleuchtungsquellen, d. h. anorganische sowie organische lichtemittierende Bauelemente, unter Ausnutzung der hohen Punktleuchtdichten der anorganischen lichtemittierenden Bauelemente, wie z. B. LEDs, einerseits und der flächigen Leuchtflächen mittels organischer lichtemittierender Bauelemente, wie z. B. OLEDs, ermöglicht beispielsweise die Realisierung neuartiger kombinierter Beleuchtungsquellen im Anzeige- bzw. Beleuchtungsbereich, wie es im Folgenden noch dargelegt wird. Anwendungsbeispiele für ein solches Beleuchtungskonzept sind beispielsweise Leselampen mit Punkt- und Hintergrundbeleuchtung, wie z. B. Kabinenbeleuchtungen in Flugzeugen, Auto-Rückschlussleuchten mit integrierter Bremsleuchte und/oder Blinker, Außenleuchtanzeigen für Gebäude mit Punkt-Beleuchtung des Eingangsbereichs oder farbveränderliche Flächenanzeigen. Viele weitere Anwendungen sind möglich und umfassen beispielsweise alle Kombinationen aus Punkt- und Flächenlichtelementen.
- Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden LEDs als Punktleuchtkörper verwendet und mit OLEDs kombiniert, die als Flächenlichtkörper verwendet werden. Diese Kombination ermöglicht sehr flache und effektive Lichtsysteme für eine Vielzahl von Anwendungen, wobei die Kombination zwischen LED einerseits und OLED andererseits die Möglichkeit für eine optimale Kombination der zwei Lichttechnologien entsprechend der jeweiligen Anwendung bietet und die Möglichkeit für die Realisierung eines hocheffizienten und flachen Leuchtsystems bildet.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen
-
1 eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
2 eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
3 eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel; -
4 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung der Wirkung der optischen Schicht von3 gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
5 eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel; -
6a –c Projektionen der Lichtaustrittsflächen einer LED und einer OLED entlang der Abstrahlrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; -
7 eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
8 eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
9 eine Schnittansicht einer Realisierungsmöglichkeit für eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
10 eine Schnittansicht einer weiteren Realisierungsmöglichkeit für eine Beleuchtungsvorrichtung; -
11 eine Schnittansicht einer weiteren Realisierungsmöglichkeit für eine Beleuchtungsvorrichtung; -
12 eine Draufsicht auf eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
13 eine Draufsicht auf eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
14 eine Seitenansicht einer Lampe mit integrierter Beleuchtungsvorrichtung, deren Draufsicht ebenfalls zu sehen ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel; und -
15 eine Draufsicht auf eine in eine Lampe integrierte Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. -
1 zeigt eine Beleuchtungsvorrichtung10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Beleuchtungsvorrichtung10 von1 umfasst ein organische lichtemittierendes Bauelement12 sowie ein oder mehrere anorganische lichtemittierende Bauelemente, wobei in1 exemplarisch zwei, nämlich14a und14b , gezeigt sind. Das organische lichtemittierende Bauelement12 weist eine Lichtaustrittsfläche16 auf, die größer ist als die Lichtaustrittsflächen18a bzw.18b der anorganischen lichtemittierenden Bauelemente14a und14b . Bei dem Ausführungsbeispiel von1 weisen das organische lichtemittierende Bauelement12 und das bzw. die anorganische(n) lichtemittierende(n) Bauelement(e) jeweils eine Abstrahlrichtung20 ,22a bzw.22b auf, die gleichgerichtet bzw. parallel zueinander sind. Dabei wird unter Abstrahlrichtung beispielsweise die Richtung verstanden, in der das jeweilige Bauelement12 ,14a und14b mit der größten Intensität abstrahlt, oder die Richtung, in der das jeweilige Bauelement12 ,14a bzw.14b schwerpunktmäßig bzw. im Mittel abstrahlt. In1 sind dazu die lichtemittierende Bauelemente14a und14b angrenzend zu einer der Lichtaustrittsfläche16 abgewandten Seite24 des organischen lichtemittierenden Bauelements12 angeordnet, so dass die Lichtaustrittsflächen16 ,18a und18b parallel zueinander sind, wobei das organische lichtemittierende Bauelement12 an den Stellen, an denen die anorganischen licht emittierenden Bauelemente14a bzw.14b angeordnet sind, transparente Abschnitte, d. h. in einer Dickerichtung bzw. der Abstrahlrichtung durchgängig transparente Abschnitte,26a bzw.26b aufweist, die, wie es später noch Bezug nehmend auf7 erläutert wird, beispielsweise durch entsprechende Öffnungen in einer der Elektroden, d. h. Anode oder Kathode, des organischen lichtemittierenden Bauelement12 realisiert sein können. An den lateral benachbarten Bereichen zu den Stellen26a und26b kann das lichtemittierende Bauelement12 für das Licht der anorganischen lichtemittierenden Bauelemente14a und14b undurchlässig bzw. opak sein. - Natürlich ist es möglich, dass die Bauelemente
14a und14b mit dem Bauelement12 an der Rückseite24 fest verbunden sind, wie z. B. mittels eines Haftmittels oder dergleichen. Es ist allerdings ebenfalls möglich, dass eine feste Anordnung zwischen dem Bauelement12 und den Bauelementen14a bzw.14b anderweitig realisiert ist, wie z. B. über einen Rahmen, der die Bauelemente12 ,14a und14b trägt. - Obwohl es sich bei den Bauelementen
12 ,14a und14b auch um andere Bauelemente handeln könnte als Dioden, wird im Folgenden exemplarisch davon ausgegangen, dass es sich um Dioden handelt, d. h. LEDs. Es sei aber darauf hingewiesen, dass sowohl für das vorliegende Ausführungsbeispiel nach1 als auch für die nachfolgenden Ausführungsbeispiele andere Realisierungsmöglichkeiten ebenfalls denkbar sind, so das im folgenden von einem weiteren Verweis darauf, dass statt der dort gezeigten Dioden auch andere anorganische, wie z. B. Halbleiter-, bzw. organische lichtemittierende Bauelemente verwendet werden könnten, weggelassen wird. - Während bei dem Ausführungsbeispiel von
1 das organische Bauelement12 , d. h. also beispielsweise die organische Leuchtdiode, als flächiger Leuchtkörper ausgebildet war, der an mindestens einer Stelle einen transparenten Abschnitt aufweist, durch die ein anorganisches Bauelement, d. h. beispielsweise eine anorganische LED, leuchtet, die direkt hinter der OLED positioniert ist, zeigt2 ein Ausführungsbeispiel, bei der die organische Leuchtdiode12 an sich schon, d. h. lateral durchgängig, transparent ausgelegt ist, und die anorganische LED- – dort wiederum exemplarisch zwei, nämlich14a bzw.14b – direkt durch die OLED12 hindurchleuchten. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel von2 demjenigen von1 . -
3 zeigt eine weitere mögliche Variation des Ausführungsbeispiels von1 . Insbesondere befindet sich nach dem Ausführungsbeispiel von3 in Abstrahlrichtung20 ,22a bzw.22b hinter der organischen Leuchtdiode12 , wie z. B. an der die Lichtaustrittsfläche16 bildenden Seite der OLED12 , eine optische Schicht30 , die in lateraler Richtung, d. h. quer zur Abstrahlrichtung20 ,22a und22b , eine derart lateral variierende optische Charakteristik aufweist, dass eine Raumwinkelverteilung, mit welcher die LEDs14a bzw.14b abstrahlen, mehr beeinflusst wird als die Raumwinkelverteilung, mit der die OLED12 abstrahlt, die beispielsweise durch die Schicht30 überhaupt nicht beeinflusst wird. -
4 zeigt beispielsweise exemplarisch, dass die LED eine gerichtete Abstrahlverteilung32 aufweist, indem die Abstrahlwinkelverteilung für einen die LED14a verlassenden Lichtstrahl bzw. für einen Ort an der Lichtaustrittfläche18a durch eine Linie32 dargestellt ist, die sich von dem Ort radial um so weiter entfernt je größer die Abstrahlung in der jeweiligen Richtung ist. Wie es zu sehen ist, wird durch die optische Eigenschaft34 der Schicht30 die gerichtete Abstrahlverteilung32 exemplarisch so beeinflusst, dass das Licht der LED14a an der Lichtaustrittsseite36 der Schicht30 zu Licht führt, das die Schicht30 mit einer anderen bzw. unterschiedlichen Raumwinkelverteilung38 verlässt, nämlich hier exemplarisch mit einer, die einen unterschiedlichen Raumwinkelschwerpunkt22a' aufweist. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel für die Schicht30 kann sich die Beeinflussung34 durch die Schicht30 aber auch zusätzlich oder alternativ auf die Raumwinkelausdehnung auswirken, d. h. zu einem Ausdehnungsunterschied zwischen der ursprünglichen Abstrahlverteilung32 und der Verteilung34 führen, wie es beispielsweise bei einer Diffuser schicht der Fall wäre. - In
4 ist exemplarisch auch gezeigt, wie sich die optische Eigenschaft34 der Schicht30 auf die Raumwinkelverteilung40 des abgestrahlten Lichtes der OLED12 auswirkt, wobei in dem Fall von4 exemplarisch davon ausgegangen wird, dass die Schicht30 derartig ausgestaltet ist, dass das Licht, das die Schicht30 an der Seite36 verlässt und von dem Licht der OLED12 resultiert, immer noch die gleiche bzw. fast die gleiche Abstrahlcharakteristika aufweist wie ursprünglich an der Lichtaustrittsfläche16 der OLED12 , hier nämlich exemplarisch eine diffusere Verteilung40 als die Verteilung32 der LED14a . - Bei der optischen Schicht
30 kann es sich beispielsweise um eine Lichtleitschicht handeln, die das Licht der LED(s)14a bzw.14b in eine bestimmte Richtung ablenkt, die in dem Fall mehrere LED(s)14a und14b für die unterschiedlichen LEDs gleich aber auch natürlich unterschiedlich sein kann, wie es in3 dargestellt ist. - In dem Fall von
1 waren die LEDs14a und14b bezogen auf die Abstrahlrichtung20 hinter der OLED12 angeordnet. In dem Ausführungsbeispiel von5 ist eine Alternative hierzu gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die LEDs14a und14b in Abstrahlrichtung20 vor der OLED12 angeordnet. Wie es in5 dargestellt ist, könnte die OLED12 so ausgebildet sein, dass sie an den Stellen, vor denen die LEDs14a und14b gebildet sind, Abschnitte50a und50b aufweist, an denen die OLED12 nicht ausstrahlt, d. h. an denen die Lichtaustrittsfläche16 unterbrochen ist. Eine lateral durchgängig leuchtende OLED12 mit einer beispielsweise einfach zusammenhängenden Lichtaustrittsfläche16 wä re allerdings ebenfalls möglich. Ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel von1 können die LEDs14a und14b an der die Lichtaustrittsfläche16 bildenden Seite der OLED12 befestigt sein oder anderweitig gehalten werden, um fest zu der OLED angeordnet zu sein. - Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass bei den Ausführungsbeispielen von
1 –5 die Anzahl der anorganischen LEDs weder auf zwei, wie in den Figuren gezeigt, noch auf eins, wie im Vorhergehenden als Möglichkeit ausgeführt, noch auf irgendeine andere Anzahl eingeschränkt ist. Jegliche Anzahl ist möglich. Die laterale Verteilung in dem Fall mehrerer LEDs14a ,14b über die Lichtaustrittsfläche16 der OLED12 hinweg kann regelmäßig oder unregelmäßig sein. -
6a zeigt eine exemplarische Projektion der Lichtaustrittsfläche der OLED12 und einer LED14a entlang der Abstrahlrichtung20 ,22a bzw.22b , wobei ersichtlich ist, dass die Austrittsfläche18a in die Lichtaustrittsfläche16 lateral eingebettet ist. Dabei bildet in dem Fall von6a der Bereich der Lichtaustrittsfläche16 um die Lichtaustrittsfläche18a herum einen zweifach zusammenhängenden Bereich. In anderen Worten ausgedrückt wird bei dem Ausführungsbeispiel von6a die Lichtaustrittsfläche18a von der Lichtaustrittsfläche16 lateral vollständig umgeben. Dies muss nicht sein, wie es in6b gezeigt ist. Dort bildet der Bereich der Lichtaustrittsfläche16 um die Lichtaustrittsfläche18a herum einen einfach zusammenhängenden Bereich. Wie es6c zeigt, ist es dabei ebenfalls möglicht, dass die Lichtaustrittsfläche16 der OLED12 selbst keinen zusammenhängenden Bereich definiert. In dem Fall von6c bildet beispielsweise die Lichtaustrittsfläche16 exemplarisch einen im Wesentlichen rechteckigen Flächenbereich60 , der sich in sechs Teile16a –16f untergliedert, in deren Zwischenräumen zwischen denselben die Lichtaustrittsflächen18a und18b der LEDs14a und14b angeordnet sind. In diesem Fall äußerst sich die Einbettung der Lichtaustrittsflächen18a und18b in die Lichtaustrittsfläche16 darin, dass die Lichtaustrittsflächen18a und18b vollständig innerhalb der kleinsten einfach zusammenhängenden und konvexen Fläche angeordnet sind, in die die einzelnen Teile16a –16f der Lichtaustrittsfläche16 vollständig einbeschrieben werden können, welche kleinste einfach zusammenhängende konvexe Fläche in dem vorliegenden Fall dem Rechteck60 entspricht. - Bevorzugt beträgt ein Flächenverhältnis zwischen einer Summe der Lichtaustrittsflächen
18a und18b , d. h. F18 = F18a + F18b, einerseits und einer Gesamtfläche F16 der Lichtaustrittsfläche16 andererseits, weniger als ½, d. h. F18/F16 < 0,5. - Obwohl die
6a –6c zeigen, dass sich die Lichtaustrittsfläche(n)18 immer im Inneren der Lichtaustrittsfläche16 befinden/t, wird eine ausreichend flächige Lichtausgabe, in der sich das Licht der LED14 und das Licht der OLED12 überlagern, auch erzielt, wenn sich die Lichtaustrittsfläche bzw. die Lichtaustrittsflächen18 am Rand der Lichtaustrittsfläche16 bzw. der Abschnitte der Lichtaustrittsfläche16 befinden, und zwar, wenn beispielsweise das Flächenverhältnis zwischen der kleinsten einfach zusammenhängenden konvexen Fläche FGes, die beide Lichtaustrittsflächen, d. h.16 und18 , umfasst, zu der kleinsten einfach zusammenhängenden konvexen Fläche F16, die lediglich die Lichtaustrittsflächen16 umfasst, kleiner als 1,2 ist, d. h. FGes/F16 < 1,2, wobei gegebenenfalls die Gesamtfläche zusätzlich oder alternativ dem Verhältnis FGes/F16 > 1,02 genügt. - Bei den Lichtaustrittsflächen
16a –16f kann es sich wiederum um individuell ansteuerbare Teile der OLED12 handeln, in welchem Fall jeder Teil16a –16f einer OLED entspräche, oder es handelt sich bei den Teilen16a –16f um lediglich gemeinsam ansteuerbare Elemente. In dem erstgenannten Fall werden die Bereiche16a –16f beispielsweise über eine der beiden Elektroden der OLED definiert, d. h. über die Anode oder die Kathode, die entsprechend lateral in die einzelnen Teile16a –16f strukturiert ist, während die andere Elektrode lateral durchgängig sein kann, um sich über die gesamte Fläche60 zu erstrecken. In diesem Fall ist es auch möglich, dass die OLED16 eine Anzeige lateral geformten Symbols anzeigt oder als Pixelanzeige zur Anzeige variablen Inhalts dient. - Im übrigen wird darauf hingewiesen, dass für alle im Vorhergehenden sowie auch für die anderen Ausfürhungsbeispiele gilt, das das Farbspektrum der LED das gleiche sein kann wie dasjenige der OLED oder aber das dieselben sich voneinander unterscheiden können.
- Bezug nehmend auf
7 und8 werden nun zwei Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen die Überlagerung des LED-Lichtes mit dem OLED-Licht auf andere Weise geschieht, nämlich indem die Abstrahlrichtung der LEDs seitlich zur Abstrahlrichtung der OLED erfolgt, wobei eine optische Schicht das seitlich eingekoppelte Licht der LEDs in die Abstrahlrichtung der OLED umlenkt. Hierdurch ist eine Farbmischung des Lichts der LED mit dem Licht der OLED möglich und es kann eine monochrome oder weiße OLED durch eine seiteneingespeiste LED farblich gemischt werden. -
7 zeigt zunächst ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung10 , bei der in Abstrahlrichtung hinter der OLED12 , wie z. B. an der die Lichtaustrittsfläche16 der OLED12 bildenden Seite der OLED12 eine optische Schicht70 gebildet ist, wobei eine oder, wie es in7 exemplarisch gezeigt ist, mehrere anorganische LEDs14a und14b mit jeweiligen Lichtaustrittsflächen18a und18b so angeordnet sind, um Licht seitlich in die Schicht70 einzukoppeln, wofür ihre Abstrahlrichtung22a und22b beispielsweise quer zur Abstrahlrichtung20 der OLED12 verläuft. In dem Fall von7 sind die LEDs14a und14b entlang des Außenumfangs der Schicht70 angeordnet. - Die optische Schicht
70 ist nun so ausgebildet, dass sowohl das Licht der OLED12 als auch das Licht der LEDs14a und14b zu einem Lichtaustritt72 an einer der OLED12 abgewandten Seite74 der optischen Schicht70 führt. Die optische Schicht ist beispielsweise eine Streuschicht, d. h. eine Schicht aus transparentem Grundmaterial, in der Streuzentren eingerichtet sind, deren Dichte in lateraler Richtung beispielsweise von außen nach innen bzw. von den LEDs14a und14b nach innen zunimmt, damit die Anteil des LED-Lichtes an der Lichtausgabe72 über die Lichtaustrittsfläche16 hinweg lateral gleichmäßig ist. - Natürlich können auch andere optische Schichten
70 als Streuschichten verwendet werden. Beispielsweise würden sich fluoreszierende oder phosphoreszierende Schichten eignen, in welchem Fall das Licht des Lichtaustritts72 zwar aus dem Licht der OLED12 und dem Licht der LED14a und14b resultieren würde, aber zumindest teilweise aus Sekundärlicht bestehen könnte, das ein anderes Spektrum aufweist als das Primärlicht der OLED12 und der LED14a und14b . - Ferner könnte die Schicht
70 als Keilschicht ausgebildet sein, um die seitliche Umlenkung des Lichts der LEDs14a und14b zu erzielen. -
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel von7 die OLED12 ausgebildet ist, um Licht beidseitig auszustrahlen, d. h. in Richtung der optischen Schicht70 und entgegengesetzt hierzu, wobei zudem auch die optische Schicht70 ausgebildet sein kann, um das LED-Licht der LEDs14a und14b in beide Richtungen, d. h. durch die Seite74 hindurch sowie in die der OLED12 zugewandten Richtung hin umzulenken. Bei dem Ausführungsbeispiel von8 kann somit sowohl das OLED- als auch das LED-Licht beidseitig austreten. Die OLED ist beispielsweise für das aus dem Licht der LEDs14a und14b in der Schicht70 resultierende Licht transparent ausgeführt. - Bezug nehmend auf die
9 und10 werden im Folgenden detaillierte Realisierungsmöglichkeiten für die Ausführungsbeispiele nach1 bis3 beschrieben, bei denen sich ja die anorganischen LEDs hinter der OLED befinden. Zudem wird eine Möglichkeit zu deren Herstellung beschrieben. - Gemäß
9 umfasst die OLED12 eine erste Elektrodenschicht90 , eine Schichtstruktur92 mit einer oder mehreren organischen Schichten und eine zweite Elektrodenschicht94 , die in dieser Reihenfolge auf einem transparenten Trägersubstrat96 angeordnet sind. Die LEDs14a und14b sind auf einem geeigneten Substrat98 angeordnet, wie z. B. einer Leiterplatte. Die Elektrodenschicht90 und die Schichtstruktur92 sind transparent für das Licht der LEDs14a und14b und können, wie es in9 gezeigt ist, durchgängig gebildet sein. Die zweite Elektrodenschicht94 ist strukturiert, um Öffnungen100 aufzuweisen, die dazu vorgesehen sind, Licht der LEDs14a und14b in Abstrahlrichtung20 der OLED12 durchzulassen. Insbesondere schützt ein transparenter Deckel102 die empfindliche OLED12 von außen, indem er zusammen mit dem Substrat96 einen abgeschlossenen Hohlraum104 bildet, in dem sich die OLED12 befindet. Durch diesen transparenten Deckel102 hindurch strahlen die LEDs14a und14b in die gleiche Richtung wie die Abstrahlrichtung20 der OLED12 , wozu die Leiterplatte98 parallel zum Substrat96 angeordnet ist, und zwar so dass die LEDs14a und14b der OLED12 zugewandt sind. Wie es in9 gezeigt ist, kann auf der der OLED12 abgewandten Seite des Substrats96 , wie im Vorhergehenden beschrieben, optional eine optische Schicht angeordnet sein, wie z. B. eine Auskoppel-Diffuser-Schicht, d. h. eine Schicht, die die Raumwinkelverteilung des ankommenden Lichtes verbreitert. Die Schicht ist in9 mit106 angezeigt. - Bei der Herstellung wird beispielsweise auf dem transparenten Trägermaterial des Substrats
96 , das beispielsweise Glas oder Folie ist, zunächst ein transparentes leitendes Material, wie z. B. Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder ZnO:Al aufgebracht, um die erste Elektrodenschicht90 zu bilden, wobei die Schicht90 gegebenenfalls noch strukturiert wird, um den Außenumfang zu definieren. Auf diesem Material werden dann beispielsweise organische Schichten abgeschieden, um die Schichtstruktur92 zu bilden. Auf dieser Schichtstruktur92 wird beispielsweise wiederum leitfähiges Material aufgebracht und strukturiert, um die zweite Elektrodenschicht94 zu bilden, d. h. eine leitende Deckelektrode94 , die transparent oder nicht-transparent sein kann. Im intransparenten Fall kann die Elektrode94 beispielsweise aus Metall bestehen, wie z. B. Aluminium oder Silber, und im transparenten Fall kann sie beispielsweise aus einem transparenten Leiter, wie z. B. einer dünnen Metallschicht oder einem transparenten Oxid, wie z. B. ITO oder ZnO, bestehen. Der Deckel102 wird beispielsweise aus Glas oder Folie oder einem sonstigen transparenten Material gebildet, um die OLED12 vor Sauerstoff und Wasser zu schützen. Die LEDs14a und14b werden beispielsweise inklusive einer geeigneten Einkoppeloptik auf dem Träger98 , wie z. B. einer Leiterplatte, aufgebracht und gegenüber der OLED12 so positioniert angebracht, dass die LEDs14a und14b durch die transparenten Teile100 der OLED12 leuchten, nämlich dort, wo die Deckelektrode94 durch die Strukturierung entfernt ist bzw. fehlt. Die optische Schicht106 kann aufgebracht werden, um die Homogenität des an der der OLED12 abgewandten Seite des Substrats96 austretenden Lichts zu verbessern. -
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das sich von demjenigen von9 dadurch unterscheidet, dass die OLED12 nicht durch einen transparenten Deckel geschützt wird, sondern durch eine Dünnschichtverkapselung108 , die ebenfalls aus einem transparenten Material, wie z. B. Epoxidharz, besteht, auf der wiederum ein mechanischer Schutz110 in Form von beispielsweise Glas oder Folie angeordnet ist, um vor mechanischen Einflüssen aus der dem Substrat96 abgewandten Seite zu schützen. -
11 zeigt eine weitere technische Ausführung einer Beleuchtungsvorrichtung, die einem Ausführungsbeispiel für eine Beleuchtungsvorrichtung entspricht, wonach die OLED und die LEDs in der gleichen Höhe angeordnet sind (in Abstrahlrichtung betrachtet). Bei diesem Ausführungsbeispiel sind sowohl die OLED als auch die LEDs auf dem gleichen Substrat96 angeordnet. Insbesondere umfasst die OLED12 wieder die Schichten90 ,92 und94 , wobei diesmal nur die erste Elektrodenschicht90 lateral durchgängig ausgebildet ist, während die organische Schichtstruktur92 und die zweite Elektrodenschicht94 lateral übereinstimmend strukturiert sind, um einen oder mehrere Zwischenräume112 zu bilden. In diesem Zwischenraum112 sind eine oder mehrere LEDs14a und14b auf der dem Substrat96 abgewandten Seite der ersten Elektrodenschicht90 angeordnet. Von der dem Substrat96 abgewandten Seite sind die Schichtstruktur92 und die erste Elektrodenschicht94 durch eine strukturierte Verkapselung114 geschützt, die strukturiert ist, um den bzw. die Zwischenräume112 freizulassen. Auf der dem Substrat96 abgewandten Seite der strukturierten Verkapselung114 kann eine Abschlussplatte116 vorgesehen sein, an der direkt oder, wie in11 dargestellt, über einen Zwischenträger118 die LEDs14a ,14b befestigt sind, so dass bei geeigneter Auslegung des Zwischenträgers118 bzw. der Platte116 selbst letztere als Wärmesenke zur Abführung der in den LEDs entstehenden Wärme dienen kann. - Zur Herstellung werden beispielsweise die organische Schichtstruktur
92 und die Deckelektrode94 zunächst mit der strukturierten Verkapselung114 verkapselt, woraufhin eine Integration der LEDs14a und14b durch eine elektrische Kontaktierung dieser Bauelemente mit der ersten, transparenten Elektrode90 erfolgt, die wiederum beispielsweise ITO oder ZnO:Al sein kann. Die Elektrode90 kann dabei zur Verringerung des Anschlusswiderstands durch eine Metallschicht im Nicht-Sichtbereich verstärkt sein, d. h. lateral überall dort, wo weder OLED- noch LED-Licht hin durchscheinen muss. Zur Montage kann beispielsweise ein Drahtbandverfahren oder ein Flip-Chip-Verfahren verwendet werden. Im Anschluss daran kann die Abschlussplatte116 rückseitig befestigt werden, um insbesondere im Bereich der LEDs14a und14b zur Wärmeabfuhr direkt oder über den Zwischenträger150 zu dienen. In11 ist nochmals dargestellt, dass an der der OLED12 abgewandten Seite des Substrats96 eine optische Schicht106 vorgesehen sein kann. - Bezug nehmend auf die folgenden Figuren werden noch mögliche Anwendungsfälle oben beschriebener Ausführungsbeispiele beschrieben.
-
12 zeigt beispielsweise eine Kombination zwischen LEDs14 und OLEDs12 , bei welcher die LEDs14 im nicht-leuchtenden Zwischenraum120 der OLEDs12 angeordnet sind. Die LEDs14 können hierbei die gleiche oder eine andere Farbe als die OLED12 haben. Bei dieser Gelegenheit sei darauf hingewiesen, dass weder in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel noch in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen die Anordnung der LEDs und OLEDs auf eine rechteckige Anordnung einschränkt ist. Eine nicht-rechteckige Anordnung der OLEDs ist beispielsweise in dem Fall von12 ebenfalls möglich, wie z. B. in der Form eines Zeichens oder Schriftzuges. Beispielsweise könnte die Anordnung nach12 im Bereich der Effektbeleuchtung oder Signalbeleuchtung verwendet werden. Die LEDs14 können beispielsweise zeitlich blinkend geschaltet bzw. angesteuert werden und können zu einer Hervorhebung einer Kontur des Zeichens oder des Schriftzuges verwendet werden, der durch die OLEDs angezeigt wird. -
13 zeigt eine Anordnung der LEDs14 innerhalb des aktiven Leuchtfeldes bzw. der Lichtaustrittsfläche der OLEDs100 , wobei bei dieser Anordnung die Effektbeleuchtung mehr im eigentlichen Sichtfeld integriert ist. Eine unregelmäßige oder quasi zufällige Anordnung, wie sie in13 dargestellt ist, ist insbesondere für Effektbeleuchtung, wie z. B. in Form eines Sternenhimmels, geeignet. -
14 zeigt ein Beleuchtungselement bzw. eine Lampe140 , in deren Lichtkopf142 eine Beleuchtungsvorrichtung144 mit einer Kombination aus einer OLED12 und einer LED14 eingebaut ist. Beispielsweise übernimmt die LED14 in Kombination mit beispielsweise einer Auskoppeloptik (nicht gezeigt) die Funktion einer punktförmigen bzw. lokaleren Beleuchtung, wie z. B. zum Lesen, wobei die OLED12 als Ambientebeleuchtung der Szenerie dient. - Eine Modifikation des Ausführungsbeispiels von
14 ist in15 gezeigt. Insbesondere ist in dem Fall von15 mehr als nur ein LED-Bereich14 vorgesehen, der in die OLED12 integriert ist. Beide LED-Bereiche14' und14'' können optisch in verschiedene Richtungen fokussiert sein. Hierdurch bietet sich die Möglichkeit, bei der Innenraumbeleuchtung in Automobilen oder Bussen bestimmte Sitzplätze gezielt anzuleuchten, oder die Möglichkeit, Rückschlussleuchten mit integrierter Bremsleuchtung oder Lampenkombinationen in Flugzeugen zu bilden. - In der vorhergehenden Beschreibung wurde lediglich der Einfachheit halber in dem Fall des anorganischen lichtemittierenden Bauelements exemplarisch von einer LED gesprochen und nicht von einer anorganischen LED im Unterschied zu einer OLED. Eine anorganische LED kann insbesondere eine Halbleiter-LED sein, wie z. B. eine lichtemittierende Halbleiterdiode in III-V-Halbleitertechnologie. In Bezug auf den transparenten Bereich in dem Fall von
1 wird darauf hingewiesen, dass derselbe beispielsweise auch durch eine Öffnung in der OLED gebildet sein kann, oder durch eine entsprechende Öffnung nicht nur in einer der Elektroden, sondern auch eine Öffnung in dem organischen Schichtstapel, wie es beispielsweise auch Bezug nehmend auf11 beschrieben worden ist.
Claims (17)
- Beleuchtungsvorrichtung mit einem anorganischen lichtemittierenden Bauelement (
14a ) mit einer ersten Lichtaustrittsfläche (18a ) und einem organischen lichtemittierenden Bauelement (12 ) mit einer zweiten Lichtaustrittsfläche (16 ), die größer als die erste Lichtaustrittsfläche (18a ) ist, wobei das anorganische lichtemittierende Bauelement (14a ) und das organische lichtemittierende Bauelement (12 ) so angeordnet sind, dass eine flächige Lichtausgabe resultiert, in der sich Licht des anorganischen lichtemittierenden Bauelements (14a ) und Licht des organischen lichtemittierenden Bauelements (12 ) überlagern. - Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das anorganische lichtemittierende Bauelement (
14a ) und das organische lichtemittierende Bauelement (12 ) so angeordnet sind, dass dieselben ihr Licht in die gleiche Abstrahlrichtung (22a ,20 ) abstrahlen und die erste Lichtaustrittsfläche (18a ) bei Projektion entlang der Abstrahlrichtung (22a ,20 ) in die zweite Lichtaustrittsfläche (16 ) eingebettet ist. - Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der das organische lichtemittierende Bauelement (
12 ) für das Licht des anorganischen lichtemittierenden Bauelements (14a ) transparent ausgeführt ist und das anorganische lichtemittierende Bauelement (14a ) in Abstrahlrichtung (22a ,20 ) vor dem organischen lichtemittierenden Bauelement (16 ) angeordnet ist. - Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der das organische lichtemittierende Bauelement (
12 ) einen transparenten Abschnitt (26a ) aufweist und das das anorganische lichtemittierende Bauelement (14a ) angeordnet ist, um sein Licht durch den transparenten Abschnitt (26a ) abzustrahlen. - Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der der transparente Abschnitt (
26a ) durch eine Öffnung in einer nicht-transparenten Rückseitenelektrode (94 ) des organischen lichtemittierenden Bauelements (12 ) gebildet ist. - Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der in Abstrahlrichtung (
22a ,20 ) hinter dem organischen lichtemittierenden Bauelement (21 ) und dem anorganischen lichtemittierenden Bauelement (14a ) eine optische Schicht (30 ) angeordnet ist, die eine Abstrahlraumwinkelverteilung (40 ) des Lichts des organischen lichtemittierenden Bauelements (12 ) weniger beeinflusst als eine Abstrahlraumwinkelverteilung (32 ) des Lichts des anorganischen lichtemittierenden Bauelements (14a ). - Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der die optische Schicht (
30 ) eine Diffuser-Schicht, eine transparente Schicht mit lokalen Öffnungen an einer Position des anorganischen lichtemittierenden Bauelements oder eine transparente Schicht mit lateral variierender Oberflächenreliefstruktur ist. - Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der in einer Abstrahlrichtung (
20 ) des organischen lichtemittierenden Bauelements (12 ) hinter dem organischen lichtemittierenden Bauelement (12 ) eine optische Schicht (70 ) angeordnet ist, und das anorganische lichtemittierende Bauelement (18a ) angeordnet ist, um sein Licht seitlich in die optische Schicht (70 ) abzustrahlen, wobei die optische Schicht (70 ) so ausgebildet ist, dass sowohl das Licht des organischen lichtemittierenden Bauelements (12 ) als auch das Licht des anorganischen lichtemittierende Bauelements (14a ) zu einem Lichtaustritt an einer dem organischen licht emittierenden Bauelement (12 ) abgewandten Seite (74 ) der optischen Schicht (70 ) führt. - Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der das organische lichtemittierende Bauelement (
12 ) so ausgebildet ist, dass dasselbe sein Licht auch in eine zur Abstrahlrichtung (20 ) entgegengesetzte Richtung abstrahlt, und die optische Schicht (70 ) so ausgebildet ist, dass das Licht des anorganischen lichtemittierenden Bauelements (14a ) auch zu einem Lichtaustritt an einer dem organischen lichtemittierenden Bauelement (12 ) zugewandten Seite der optischen Schicht (70 ) führt. - Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das anorganische lichtemittierende Bauelement (
14a ) an dem organischen lichtemittierenden Bauelement (12 ) befestigt ist. - Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mehrere anorganische lichtemittierende Bauelemente (
14a ) vorgesehen sind. - Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 11, bei der die anorganischen lichtemittierenden Bauelemente (
14a ) in einer zweidimensional regelmäßigen Anordnung lateral verteilt über die zweite Lichtaustrittsfläche (16 ) angeordnet sind. - Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das anorganische lichtemittierende Bauelement (
14a ) eine Halbleiter-LED ist. - Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das organische lichtemittierende Bauelement (
12 ) eine OLED ist. - Leselampe mit einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Licht des anorganischen lichtemittierenden Bauelements eine Diffusbeleuchtung und das Licht des organischen lichtemittierenden Bauelements ein gezieltes Leselicht bildet.
- Kfz-Rückschlussleuchte mit einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das anorganische lichtemittierende Bauelement als Bremsleuchte und/oder Blinker fungiert.
- Verfahren zur Erzeugung einer flächigen Lichtausgabe durch Erzeugen von durch ein anorganisches lichtemittierendes Bauelement (
14a ) mit einer ersten Lichtaustrittsfläche (18a ) und Erzeugen von Licht durch ein organisches lichtemittierendes Bauelement (12 ) mit einer zweiten Lichtaustrittsfläche (16 ), die größer als die erste Lichtaustrittsfläche (18a ) ist, so dass sich in der resultierenden flächigen Lichtausgabe das Licht des anorganischen lichtemittierenden Bauelements (14a ) und das Licht des organischen lichtemittierenden Bauelements (12 ) überlagern.
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20111008 |