DE102010063608A1 - Bulb with organic light emitting diode - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Leuchtmittel (11; 21; 31; 41; 51; 61) mit OLED (12), welche einen flächigen Schichtaufbau (14, 15, 16) mit mindestens einer Emissionsschicht (15) aus organischem Halbleiter-Material zur Erzeugung von Lichtemission aufweisen, und mindestens ein Substrat, insbesondere ein Decksubstrat (18; 28; 38; 68) und/oder ein Trägersubstrat (17; 47), aus lichtdurchlässigem Material umfassen. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, dass mindestens eine Oberfläche des Substrats unmittelbar eine optisch wirksame Struktur (19; 29; 49; 69) ausbildet, welche durch Lichtbrechung eine gerichtete Abstrahlung der Lichtemission bewirkt.The invention relates to light sources (11; 21; 31; 41; 51; 61) with OLED (12), which have a flat layer structure (14, 15, 16) with at least one emission layer (15) made of organic semiconductor material for generating light emission have, and comprise at least one substrate, in particular a cover substrate (18; 28; 38; 68) and / or a carrier substrate (17; 47), made of translucent material. According to the invention, it is proposed that at least one surface of the substrate directly form an optically effective structure (19; 29; 49; 69) which causes a directional radiation of the light emission by light refraction.
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Leuchtmittel mit organischer Leuchtdiode (kurz: OLED). Die Erfindung betrifft insbesondere solche Leuchtmittel mit flächigem OLED Schichtaufbau mit mindestens einer Emissionsschicht aus organischem Halbleiter-Material zur Erzeugung von Lichtemission und mit mindestens einem Substrat, insbesondere ein Decksubstrat und/oder ein Trägersubstrat, aus lichtdurchlässigem Material, welches den flächigen Schichtaufbau einseitig versiegelt.The present invention generally relates to bulbs with organic light emitting diode (short: OLED). In particular, the invention relates to such bulbs with planar OLED layer structure with at least one emission layer of organic semiconductor material for generating light emission and with at least one substrate, in particular a cover substrate and / or a carrier substrate of translucent material, which seals the sheet-like layer structure on one side.
Unter Leuchtmittel wird vorliegend eine Vorrichtung mit mindestens einer Lichtquelle sowie ggf. einer optisch wirksamen Struktur, wie bspw. einem Reflektor und/oder einer Linsen- oder Prismen-Struktur verstanden.In the present case, lighting means are understood to be a device having at least one light source and optionally an optically active structure, such as, for example, a reflector and / or a lens or prism structure.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
OLEDs als flächige Halbleiter-Lichtquellen sind bekannt. Der OLED Schichtaufbau wird typisch auf ein Trägersubstrat, meistens aus Glas, appliziert und mit zum Teil transparenten elektrischen Leitern (Elektroden) versehen. Ein Decksubstrat, auch meistens aus Glas, wird als äußere Schicht angebracht und schließt den eigentlichen OLED Schichtaufbau vakuumdicht ein. Halbleiter aus dünnen organischen Materialschichten sind nur wenige Nanometer dünn und emittieren Licht homogen und flächig. OLED können einseitig in einen Halbraum abstrahlen (sog. „intransparente OLEDs”) oder beidseitig in beide von der Fläche des Schichtaufbaus getrennte Halbräume abstrahlen. In beiden Fällen ist die Abstrahlung mehr oder weniger lambertisch, d. h. ungerichtet (quasi ideal diffus).OLEDs as planar semiconductor light sources are known. The OLED layer structure is typically applied to a carrier substrate, usually made of glass, and provided with partially transparent electrical conductors (electrodes). A cover substrate, also mostly made of glass, is applied as an outer layer and encloses the actual OLED layer structure in a vacuum-tight manner. Semiconductors made of thin organic material layers are only a few nanometers thin and emit light homogeneously and flatly. OLEDs can radiate unilaterally into a half-space (so-called "opaque OLEDs") or radiate on both sides into both half-spaces separated from the surface of the layer structure. In both cases, the radiation is more or less Lambertian, d. H. undirected (quasi ideal diffuse).
OLEDs befinden sich noch am Anfang ihrer Entwicklung. Sie werden jedoch voraussichtlich einen nachhaltigen Beitrag für die Umwelt leisten. Dies aufgrund ihrer Energieeffizienz, den umweltfreundlichen Materialien und dem geringem Aufwand bei der Systemintegration.OLEDs are still at the beginning of their development. However, they are expected to make a sustainable contribution to the environment. This is due to their energy efficiency, environmentally friendly materials and low system integration costs.
Gegenwärtig werden OLEDs bereits industriell eingesetzt zur Hintergrundbeleuchtung bspw. von kleinen und mittelgroßen Displays in Mobiltelefonen oder Haushaltsgeräten. Leuchtmittel mit einer oder mehreren OLEDs sind dementsprechend bekannt. Für die Beleuchtungsindustrie eignen sich gegenwärtige OLED Leuchtmittel jedoch bisher nur bedingt. Neben den Kosten stehen momentan insbesondere die verhältnismäßig noch geringe Lichtausbeute, d. h. Verhältnis von ausgebrachtem Licht zu aufgewendeter elektrischer Leistung, darin enthalten die EQE (External Quantum Efficiency) genannt, sowie die noch recht begrenzte Lebensdauer der wirtschaftlichen Anwendung in der Beleuchtungsindustrie entgegen. Dies gilt insbesondere für großflächige Anwendungen. OLED könnten allerdings durchaus in Leuchten eingesetzt werden. So ist es denkbar bspw. in Innenraum-Leuchten Leuchtmittel mit OLED einzusetzen.Currently, OLEDs are already used industrially for backlighting, for example, of small and medium size displays in mobile phones or household appliances. Illuminants with one or more OLEDs are known accordingly. For the lighting industry, however, current OLED lamps are so far only limited. In addition to the costs currently stand in particular the relatively low light output, d. H. The ratio of applied light to electrical power consumed, which includes the EQE (External Quantum Efficiency), and the relatively limited lifetime of the commercial application in the lighting industry. This is especially true for large area applications. However, OLEDs could certainly be used in luminaires. Thus, it is conceivable, for example, to use illuminants with OLEDs in interior lights.
Es ist inzwischen bekannt, zur Verbesserung der Lichtausbeute optische Folien zu verwenden, bspw. um der inhärent lambertischen Abstrahlung entgegen zu wirken. Es handelt sich um Mikrofolien, die verschiedene Optiken enthalten können. Sie dienen dazu, die Lichtausbeute zu verbessern und/oder eine gewisse Lichtverteilungskurve (LVK) zu erzielen. Hierzu wird eine solche Mikrofolie mit Mikrolinsen oder Mikroprismen oder anderen Mikro-Optiken auf der Oberseite des eingangs genannten Decksubstrats angebracht. Bei durchgehend transparenten OLED welche beidseitig Licht emittieren, kann auch auf das Trägersubstrat ein solche Folie aufgebracht werden. So kann man beidseitig eine optimale Lichtauskopplung gewährleisten.It is now known to use optical films to improve the light output, for example, to counteract the inherent Lambertian radiation. These are microfilm, which can contain different optics. They serve to improve the luminous efficacy and / or to achieve a certain light distribution curve (LVK). For this purpose, such a microfilm with microlenses or microprisms or other micro-optics is mounted on top of the above-mentioned cover substrate. In the case of continuously transparent OLEDs which emit light on both sides, such a foil can also be applied to the carrier substrate. So you can ensure an optimal light extraction on both sides.
Derartige aufgebrachte Folien reduzieren jedoch offensichtlich die optische Effizienz, da sie weitere Übergangsflächen bilden (Decksubstrat/Folie oder Trägersubstrat/Folie), an denen unweigerlich mit Verlusten behaftete Lichtbrechung resultiert. Ferner absorbieren die Folien einen Teil des nutzbaren Lichts.However, such applied films obviously reduce the optical efficiency, as they form further transition surfaces (cover substrate / film or carrier substrate / film), which inevitably results in lossy refraction of light. Furthermore, the films absorb some of the usable light.
TECHNISCHES PROBLEM/AUFGABETECHNICAL PROBLEM / TASK
Ein technisches Problem, welches der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt ist somit darin zu sehen, ein gattungsgemäßes Leuchtmittel mit einer OLED dahingehend zu verbessern, dass die Lichtausbeute ohne durch Folien bedingte Verluste verbessert bzw. Lichtverteilungskurve angepasst wird. Mit anderen Worten, es soll das emittierte Licht in seiner Abstrahlrichtung möglichst effizient modifiziert werden.A technical problem on which the present invention is based is therefore that of improving a generic light source with an OLED in such a way that the luminous efficacy is improved without losses caused by foils or light distribution curve is adapted. In other words, the emitted light should be modified as efficiently as possible in its emission direction.
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGGENERAL DESCRIPTION OF THE INVENTION
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in einem Leuchtmittel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mindestens eine Oberfläche des Substrats eine optisch wirksame Struktur ausbildet, welche durch Lichtbrechung eine gezielt gerichtete d. h. nicht diffuse Abstrahlung der Lichtemission bewirkt.According to the invention, this object is achieved in that, in a luminous means according to the preamble of claim 1, at least one surface of the substrate forms an optically active structure which, by refraction of light, forms a specifically directed d. H. does not cause diffuse radiation of the light emission.
Das Hauptmerkmal liegt somit in einer Gestaltung, bei welcher die optische Struktur unmittelbar durch die Oberfläche eines ohnehin bereits vorhandenen Substrats dargestellt d. h. ausgebildet wird. Dadurch, dass eines oder beide der vorhandenen Substrate selbst direkt mit einer Optik versehen sind, werden unnötige verlustbehaftete Übergangsflächen gänzlich vermieden.The main feature thus lies in a design in which the optical structure is represented, ie formed, directly by the surface of an already existing substrate. Characterized in that one or both of the existing substrates themselves are provided directly with an optic, unnecessary lossy interfaces are completely avoided.
In einer möglichen Ausführung umfasst die optisch wirksame Struktur Prismen, vorzugsweise lineare Prismen, welche sich verhältnismäßig leicht in das Substrat einbringen lassen. In diesem Fall wird eine Vielzahl asymmetrischer Prismen, vorzugsweise paralleler linearer Prismen, bevorzugt. Hierdurch kann jeweils durch gleich gerichtete Lichtbrechung eine gerichtete Abstrahlung der Lichtemission zu einer bestimmten Seite hin quer zur flächigen Ausdehnungsebene des Schichtaufbaus erzielt werden.In one possible embodiment, the optically active structure comprises prisms, preferably linear prisms, which can be relatively easily incorporated into the substrate. In this case, a plurality of asymmetric prisms, preferably parallel linear prisms, are preferred. As a result, a directed emission of the light emission to a specific side across the planar expansion plane of the layer structure can be achieved in each case by the same direction of refraction.
Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann die Oberfläche eine Optik darstellen welche eine oder mehrere Linsen umfasst, vorzugsweise eine Vielzahl Linsen, um eine Bündelung des Lichts zu erzielen. Solche Linsen werden bspw. durch kugelförmige oder parabelförmige Abschnitte ausgebildet und bewirken eine gerichtete Abstrahlung der Lichtemission hin zu ihrem jeweiligen Fokalpunkt.Alternatively or in addition thereto, the surface may represent an optic which comprises one or more lenses, preferably a plurality of lenses, in order to achieve a focusing of the light. Such lenses are formed, for example, by spherical or parabolic sections and cause a directed emission of the light emission towards their respective focal point.
Als mögliche Flächen zur Darstellung der optischen Struktur kommen beim Decksubstrat je nach Anforderung die Innenoberfläche, die Außen-Oberfläche oder beide in Betracht. Beim Trägersubstrat wird jedoch typischerweise eine ebene Innenoberfläche benötigt, so dass hier bevorzugt nur die Außenoberfläche eine optische Struktur ausbildet. Es sind beliebige Kombinationen dieser drei Flächen möglich, so dass sich eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten ergeben.Depending on the requirements, the inner surface, the outer surface or both may be considered as possible surfaces for representing the optical structure of the cover substrate. However, the carrier substrate typically requires a flat inner surface, so that preferably only the outer surface forms an optical structure here. Any combination of these three surfaces are possible, resulting in a variety of design options.
Bei einer beidseitig emittierenden OLED, d. h. wenn der Schichtaufbau zumindest abschnittsweise durchgehend transparent ausgeführt ist, wird bevorzugt, dass sowohl das Decksubstrat als auch das Trägersubstrat eine optisch wirksame Struktur darstellen. Zur Verstärkung der Umlenkung kann das Decksubstrat an der äußeren Oberfläche sowie an seiner inneren Oberfläche jeweils eine optisch wirksame Struktur, insbesondere jeweils eine asymmetrische Prismen-Struktur, bilden.For a double-sided emitting OLED, i. H. If the layer structure is designed to be continuously transparent at least in sections, it is preferred that both the cover substrate and the carrier substrate represent an optically active structure. To reinforce the deflection, the cover substrate on the outer surface as well as on its inner surface can each form an optically active structure, in particular in each case an asymmetric prism structure.
Um eine dynamische Anpassung der LVK zu ermöglichen, wird eine Ausführung bevorzugt, in welcher der Schichtaufbau mindestens eine segmentierte Elektrode umfasst zur Einstellung der örtlichen Intensität der Lichtemission. Entsprechend wird die mindestens eine Oberfläche des Substrats eine analog zur Elektrode segmentierte optisch wirksame Struktur darstellen, welche Bereiche mit unterschiedlich gerichteter Abstrahlung der Lichtemission realisiert. Hierdurch kann durch gezieltes an-/abschalten bzw. durch Intensitätsveränderung Licht nach Bedarf durch unterschiedliche Optiken geleitet werden.In order to enable a dynamic adaptation of the LVK, an embodiment is preferred in which the layer structure comprises at least one segmented electrode for adjusting the local intensity of the light emission. Accordingly, the at least one surface of the substrate will represent an optically active structure segmented analogously to the electrode, which realizes regions with differently directed radiation of the light emission. As a result, light can be directed through different optics through targeted switching on / off or by changing the intensity.
Die vorgeschlagenen Leuchtmittel eignen sich nicht ausschließlich, aber insbesondere auch zur Verwendung in einer Leuchte, insbesondere einer Innenraumleuchte, und ermöglichen selbst die Erzeugung einer gewünschten nicht-diffusen Lichtverteilungskurve, d. h. unabhängig von und ggf. ohne entsprechende Optik am Leuchtengehäuse. Auch eine entsprechende Leuchte ist Gegenstand der Erfindung.The proposed bulbs are not exclusively, but especially for use in a lamp, in particular an interior light, and even allow the generation of a desired non-diffuse light distribution curve, d. H. independent of and possibly without appropriate optics on the luminaire housing. A corresponding lamp is the subject of the invention.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Weitere Einzelheiten bzw. Vorteile der Erfindung werden anhand der beispielhaften und nicht einschränkenden Ausführungsformen gemäß der Zeichnungen erläutert. Diese zeigen:Further details and advantages of the invention will be explained with reference to the exemplary and non-limiting embodiments according to the drawings. These show:
In den Figuren sind identische oder äquivalente Bestandteile der verschiedenen Ausführungen zur Vereinfachung mit identischen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or equivalent components of the various embodiments are provided with identical reference numerals for simplicity.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG ANHAND DER ZEICHUNGENDETAILED DESCRIPTION ACCORDING TO THE DRAWINGS
Diese umfassen jeweils eine organische Leuchtdiode
Die OLEDs
Um eine gewünschte Lichtlenkung bei möglichst geringen Verlusten zu erreichen, ist nun erfindungsgemäß und wie aus
Nachfolgend werden die einzelnen gezeigten Ausführungen näher erläutert.The individual embodiments shown are explained in more detail below.
Das Leuchtmittel
Das Leuchtmittel
Bei den in
Auch
Neben den gezeigten Kombinationen sind selbstredend auch andere Kombinationen im Sinne der Erfindung möglich. Insbesondere sind die verwendbaren optisch wirksamen Strukturen nicht auf lineare asymmetrische Prismen gemäß den Ausführungsformen in den
Neben den oben beschriebenen Ausführungen mit Lichtumlenkung gezielt zu einer Seite hin, kann erfindungsgemäß bspw. auch eine Bündelung des Lichts erzielt werden. Diese kann gewünscht sein, wenn eine unter einer Leuchte befindlicher Bereich beleuchtet werden soll oder zur Reduzierung der Lichtstärke bei flachen Abstrahlwinkeln um unerwünschte Blend-Effekte zu verringern oder vermeiden. Im Gegensatz zu den obigen Strukturen
Die örtliche Intensität kann bspw. in an sich bekannter Weise durch geeignete Matrixstrukturen der in
In Verbindung mit analog zu den Elektroden geeignet segmentierten optischen Strukturen, z. B. eine Kombination aus Abschnitten optisch wirksamer Struktur
Die vorgeschlagenen Leuchtmittel erhöhen deutlich die Anwendbarkeit von OLED im Bereich der Leuchtenindustrie, insbesondere für Innenraumleuchten, da nun ein effizientes Leuchtmittel mit einer inhärenten, bedarfsgerecht gestaltbaren LVK zur Verfügung steht.The proposed bulbs significantly increase the applicability of OLEDs in the field of the lighting industry, especially for interior lighting, since now an efficient light source with an inherent, customizable designed LVK is available.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11; 21; 31; 41; 51; 6111; 21; 31; 41; 51; 61
- LeuchtmittelLamp
- 1212
- OLEDOLED
- 1414
- Leitungsschichtconductive layer
- 1515
- Emissionsschichtemission layer
- 1616
- Leitungsschicht (engl. electron transport layer, ETL)Conduction layer (English electron transport layer, ETL)
- 17, 4717, 47
- Trägersubstratcarrier substrate
- 18; 28; 38; 6818; 28; 38; 68
- Decksubstratcover substrate
- 19; 29; 49; 6919; 29; 49; 69
- optisch wirksame Strukturoptically effective structure
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