-
Die Erfindung betrifft ein Leuchtmittel umfassend eine Leuchtdiode, welche anregendes Licht einer ersten Wellenlänge emittiert und wenigstens einen Leuchtstoff, durch den das von der Leuchtdiode erzeugte anregende Licht hindurchtritt, wobei der Leuchtstoff das mit der ersten Wellenlänge emittierte Licht mindestens teilweise in reaktives Licht einer zweiten Wellenlänge konvertiert.
-
Organische Leuchtdioden (sogenannte OLEDs) sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. In der Regel liegen diese als flache zumeist im Umriss rechteckige OLED-Panels vor, die zu einer Seite hin Licht flächig abgeben. OLEDs werden zum einen als Leuchtmittel in der Lichttechnik eingesetzt und geben in diesem Fall meistens weißes Licht ab. Dabei werden mit Hilfe einer kathodischen und einer anodischen Elektrodenschicht Schichten organischer Farbstoffe zum Leuchten angeregt. Zusätzlich zu den eigentlichen Emitterschichten weisen LEDs zumeist Lochleitungsschichten, die auf die Anode aufgebracht werden. Wenn eine höhere Lichtstärke erzielt werden soll, werden oft mehrere sogenannte „stacks“ mit einem Schichtaufbau der vorgenannten Art übereinander gelegt. In manchen Fällen werden mehrere stacks mit in verschiedenen Farben emittierenden Emitterschichten übereinander gelegt, wobei ebenfalls jeder stack eine Anodenschicht und eine Kathodenschicht benötigt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Leuchtmittel auf Basis einer organischen LED (OLED) zu schaffen, welches andere lichttechnische Eigenschaften zeigt, als ein herkömmliches OLED-Leuchtmittel, einen vergleichsweise einfachen konstruktiven Aufbau hat und kostengünstig herstellbar ist.
-
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Leuchtmittel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die das anregende Licht der ersten Wellenlänge emittierende Leuchtdiode eine organische Leuchtdiode (OLED) ist. Während bislang bei herkömmlichen OLEDs immer zwei Elektroden benötigt werden, die mindestens zwei Schichten des gesamten Schichtaufbaus bilden, um das organische Material der OLED zum Leuchten anzuregen, kann man bei dem erfindungsgemäßen Aufbau eine OLED, die anregendes Licht abstrahlt, dazu benutzen, das organische Material einer weiteren OLED zum Leuchten zu bringen.
-
Herkömmliche OLEDs weisen oft einen komplexen Schichtaufbau (stack) auf, den man insbesondere verwendet, um eine höhere Lichtausbeute zu erzielen, wobei in diesem Fall jede dieser Schichtenfolge zwei Elektrodenschichten benötigt. Bei einer der gängigen Methoden zur Herstellung von OLEDs werden unterschiedliche Beschichtungsmaterialien für die einzelnen Schichten nacheinander auf einem plattenförmigen Substrat wie beispielsweise einer dünnen Glasplatte abgeschieden. Je mehr Schichten bei einem solchen komplexen Aufbau nacheinander abgeschieden werden müssen, desto aufwändiger wird der Herstellungsprozess, weil nach Aufbringung einer Schicht Teile der Apparatur gereinigt werden müssen. Außerdem ist es bei den heute üblichen Herstellungsverfahren oft so, dass ein großer Anteil des teuren Beschichtungsmaterials im Herstellungsprozess verloren geht. Somit steigen die Herstellkosten in jedem Fall proportional mit der Anzahl der nacheinander aufzubringenden Schichten. Eine Vereinfachung des Schichtenaufbaus kann daher zu einer erheblichen Kostensenkung bei der Herstellung des OLED-Leuchtmittels führen.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung emittiert die OLED, welche anregendes Licht emittiert, blaues oder violettes Licht oder Licht aus dem nahen UV-Bereich (Schwarzlicht). Ultraviolettes, violettes und auch blaues Licht sind vergleichsweise energiereich und eignen sich daher gut als Lichtquelle für anregendes Licht, welches dann eine Schicht eines organischen Leuchtstoffs, beispielsweise eine weitere OLED-Schicht zur Emission von Licht einer zweiten Wellenlänge, insbesondere im längerwelligen Bereich des Spektrums, anregen kann.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung emittiert die das anregende Licht erzeugende OLED blaues Licht oder violettes Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 380 nm bis 490 nm oder ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 315 nm bis 380 nm oder mit einer Wellenlänge im Bereich von 200 nm bis 315 nm oder mit einer Wellenlänge im Bereich von 100 nm bis 200 nm. Blaues Licht hat eine Wellenlänge im Bereich von 420 nm bis 490 nm. Violettes Licht umfasst Wellenlängen im Bereich von 380 nm bis 420 nm. Blaue LEDs sind kostengünstig erhältlich und weit verbreitet und können beispielsweise für die Erzeugung des anregenden Licht des Leuchtmittels verwendet werden. LEDs, die violettes Licht oder ultraviolettes Licht, insbesondere im nahen UV-Bereich von 315 nm bis 380 nm (auch als UV-A oder „Schwarzlicht“ bezeichnet) ausstrahlen, erzeugen Licht mit einer höheren Energie und eignen sich ebenfalls gut als Lichtquelle für das anregende Licht.
-
Gemäß einer möglichen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die OLED als ein flächiges Leuchtmittel mit einer OLED-Schichtenfolge auf einem plattenförmigen Trägersubstrat ausgebildet. Das plattenförmige Substrat, welches beschichtet wird, kann entweder starr sein, wie ein herkömmliches OLED-Panel oder aber auch flexibel. Als Trägermaterial kann man im letztgenannten Fall auch beispielsweise Dünnglas verwenden, so dass ein biegsames Leuchtmittel erhalten wird. Das plattenförmige Trägersubstrat kann insbesondere aus Glas oder Kunststoff sein. Auf dieses wird gemäß der Erfindung mindestens eine OLED-Schichtenfolge aufgebracht, die das anregende Licht erzeugt und darauf wird dann mindestens eine Schicht aus einem vorzugsweise organischen Leuchtstoff aufgebracht, welcher das anregende Licht in reaktives Licht einer anderen Wellenlänge umwandelt.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die OLED nur eine einfache Schichtenfolge (stack) auf und das anregende Licht wird im Wesentlichen nur in einer Lichtfarbe emittiert. Dieser Aspekt verdeutlicht, dass mit der vorliegenden Erfindung anders als im Stand der Technik nicht unbedingt angestrebt wird, dass das Leuchtmittel eine maximale Lichtausbeute liefert, wozu herkömmliche OLEDs zumeist mehrere OLED-Schichtenfolgen übereinander aufweisen, sondern die Erzeugung von diffusem Licht, welches sich für eine Effektbeleuchtung eignet, steht im Vordergrund. Mit einfachen OLED-stacks lassen sich so kostengünstig großflächige Leuchtmittel mit weniger großer Lichtstärke schaffen, die diffus abstrahlen und keine zusätzlichen Diffusoren benötigen. Zudem kann in diesem Fall das Leuchtmittel selbst bereits die Beleuchtungseinrichtung bilden.
-
Bislang wird hingegen im Stand der Technik ein Weg beschritten, bei dem zunächst Leuchtmittel wie LEDs mit vergleichsweise hoher Lichtstärke geschaffen werden, die punktuell kleinflächig abstrahlen und dann für die Lichtverteilung wieder Diffusoren benötigen, so dass zwei Faktoren gegeben sind, die die Kosten erhöhen. Ebenso wird bei OLEDs eine Erhöhung der Lichtstärke angestrebt, indem mehrere stacks übereinander angeordnet werden, was zu hohen Kosten für das Leuchtmittel führt. Die Erfindung strebt hingegen kostengünstige Leuchtmittel an, die sich dann, aufgrund der geringeren Kosten pro Licht abstrahlender Flächeneinheit, bei zwar geringerer Lichtstärke, über größere Flächen erstrecken können und gegebenenfalls keine zusätzlichen Diffusoren oder optische Bauelemente benötigen, um als Beleuchtungseinrichtung zu dienen.
-
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die das anregende Licht erzeugende OLED als Beschichtung mit einer OLED-Schichtenfolge auf der Innenseite oder auf der Außenseite eines für das reaktive Licht weitgehend transparenten Hohlkörpers, insbesondere eines Rotationskörpers, ausgebildet. Bei dieser Variante kann man beispielsweise zunächst einen beliebig geformten Hohlkörper aus Glas oder Kunststoff herstellen und diesen nachträglich mit dem Leuchtstoff beschichten oder mit einer Folie bekleben, in die ein solcher Leuchtstoff eingebracht oder auf die ein solcher Leuchtstoff aufgebracht ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Leuchtmittel, wenn es die Form eines Hohlkörpers hat, eine Fassung mit Gewinde auf, die mit derjenigen einer Glühlampe kompatibel ist. Auf diese Weise wird ein Leuchtmittel geschaffen, welches gegen eine herkömmliche Glühlampe austauschbar ist, ohne dass bei der Leuchte Anpassungen notwendig sind, so dass der Verbraucher die in seinem Besitz befindlichen Leuchten weiterhin verwenden kann (Prinzip der Retrofit-Lampe).
-
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Leuchtmittel eine Steckfassung oder Schraubfassung auf, die mit derjenigen einer Leuchtstofflampe oder einer Halogenlampe kompatibel ist.
-
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die das anregende Licht erzeugende OLED in das Material eines Hohlkörpers eingebettet. Auch bei dieser Variante kann man beispielsweise zunächst einen beliebig geformten Hohlkörper aus Glas oder Kunststoff herstellen, der bereits das OLED-Material umfasst oder mit diesem innen oder außen beschichtet wird und anschließend beschichtet man den so präparierten Hohlkörper mit dem Leuchtstoff oder beklebt ihn mit einer Folie, in die ein solcher Leuchtstoff eingebracht oder auf die ein solcher Leuchtstoff aufgebracht ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung liegt der Hohlkörper in der Form einer Kugel, einer Teilkugel oder eines Zylinders vor.
-
Wenn das Leuchtmittel nicht als Hohlkörper vorliegt, kann dieses beispielsweise flach und etwa plattenförmig sein wie oben beschrieben, das heißt ähnlich wie ein OLED-Panel oder aber es kann beispielsweise auch als Körper mit beispielsweise der Geometrie eines Quaders oder eines Prismas vorliegen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Leuchtstoff, der das reaktive Licht erzeugt, ebenfalls ein OLED-Material. Man kann somit zum Beispiel eine blaue oder violette oder UV-Licht (Schwarzlicht) abgebende OLED in Form eines Panels oder eines Hohlkörpers herstellen und auf dieses Panel oder auf diesen Hohlkörper bringt man danach ein OLED-Material auf, welches jedoch nicht unbedingt Elektrodenschichten benötigt, weil es nicht elektrisch sondern über die emittierte Strahlung des anregenden Lichts zum Leuchten angeregt wird.
-
Besonders effektiv und kostengünstig in der Herstellung ist es somit, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Leuchtstoff als Beschichtung unmittelbar auf die das anregende Licht erzeugende OLED aufgebracht wird.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst somit das OLED-Material des Leuchtstoffs eine OLED-Schichtenfolge (stack) ohne Elektroden.
-
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Material des Leuchtstoffs in eine Matrix aus einem porösen Material, insbesondere aus einem Aerogel eingebettet. Bei dieser Matrix kann es sich auch um ein Sol-Gel, beispielsweise um ein so genanntes Aerogel handeln. Aerogele sind hochporöse Festkörper, die zu einem sehr hohen Prozentsatz, beispielsweise zu über 99 % ihres Volumens, aus Poren bestehen. Aerogele können über einen Sol-Gel-Prozess synthetisiert werden und werden bevorzugt aus Kieselsäure oder Silikaten hergestellt. Ein Vorteil solcher Aerogele liegt auch in ihrem sehr geringen Eigengewicht.
-
Durch die Verwendung einer OLED ergeben sich diverse Vorteile sowohl für den Aufbau eines solchen Leuchtmittels, unter anderem auch da man hinsichtlich der Wellenlängen des abgestrahlten Lichts nicht den typischen Einschränkungen unterworfen ist, die sich bei der Verwendung von LED-Chips ergeben. Grundsätzlich sind herkömmliche (anorganische) LEDs punktförmige Lichtquellen und die vorliegende Erfindung strebt die Schaffung eines Leuchtmittels an, welches eine Lichtabstrahlung über größere flächige Bereiche ermöglicht, wodurch sich erhebliche Vorteile beim Einsatz eines solchen Leuchtmittels in Leuchten ergeben. Bei den verhältnismäßig kleinen punktförmig abstrahlenden LEDs muss man in der Regel immer lichtstreuende Mittel (Diffusoren) einsetzen, um das Licht zu verteilen und eine Blendung durch direkte Einsicht in das Leuchtmittel zu vermeiden. Die Erfindung beschreitet daher einen anderen Weg, bei dem schon durch das Leuchtmittel selbst eine Lichtstreuung und Lichtabgabe über eine größere Fläche gegeben ist und sich somit der Einsatz von lichtstreuenden Mitteln erübrigt. Dadurch wird die Konstruktion einer Leuchte mit dem Leuchtmittel vereinfacht und im Extremfall bildet bereits das Leuchtmittel selbst die Leuchte. Die Diffusormittel sind bei der erfindungsgemäßen Lösung quasi bereits in das Leuchtmittel integriert.
-
Wenn man ein OLED-Panel oder beispielsweise auch eine flexible OLED mit einer Matrix aus einem Aerogel beschichtet, hat man den zusätzlichen Vorteil, dass ein luft- oder feuchtigkeitsempfindlicher OLED-Stack durch das Aerogel geschützt wird und auch einen mechanischen Schutz erhält. Das Aerogel eignet sich gut zur Aufnahme eines Leuchtstoffs in fein verteilter Form und wirkt gleichzeitig als Diffusor für das erzeugte reaktive Licht.
-
Als Leuchtstoffe für die Konversion des anregenden Lichts in das reaktive Licht eignen sich verschiedenste Substanzen, was unter anderem abhängig ist von der Wellenlänge des anregenden Lichts. Beispielsweise kann Ce:YAG (mit Cer dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat) verwendet werden. Ebenso eignen sich mit anderen Seltenen Erden wie beispielsweise Terbium oder Europium dotierte Gläser oder keramische Materialien, insbesondere abgeleitet vom Yttrium-Aluminium-Granat Y
3Al
5O
12, wie sie beispielsweise in der
WO 2010/136116 A1 genannt werden. Weitere für den Leuchtstoff geeignete Materialien sind in der
DE 10 2015 101 413 A1 genannt, auf deren Inhalt hiermit Bezug genommen wird. Weiterhin kommen für den Leuchtstoff beispielsweise Oxide und Alkoxyverbindungen der Elemente Silizium, Aluminium, Bor, Titan, Zirkonium, Vanadium, Yttrium, Magnesium, Molybdän oder Eisen in Betracht, wie sie in der
EP 1 593 165 B1 genannt sind, auf deren Inhalt hiermit Bezug genommen wird. Besonders geeignet sind solche Leuchtstoffe, insbesondere der vorgenannten Art, die sich gut in eine Matrix aus einem Silikat-basierten Aerogel einbinden lassen. Beispielsweise ebenfalls verwendbar als Leuchtstoff sind dotierte Nitrid-Verbindungen wie Nitridosilikate oder mit Europium dotierte Erdalkaliorthosilikate, wie Bariumorthosilikat.
-
Alternativ kommen im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere alle organischen Materialien in Betracht, die typischer Weise im Schichtenaufbau von OLEDs als Licht emittierende Schichten verwendet werden, beispielsweise sind dies spezifische organische Farbstoffe, zum Beispiel Aluminium-tris(8-hydroxychinolin), Derivate des Poly(p-phenylen-vinylen) oder metall-organische Komplexe. Beispielhaft seien hier konjugierte Polymere, insbesondere Materialien genannt, wie sie in der
DE 10 2011 104 745 A1 beschrieben sind. Weitere für die Emissionsschicht organischer LEDs geeignete organische Farbstoffe sind beispielsweise in der
WO 2015/014429 A1 genannt. Auf die Ausführungen in diesen beiden Dokumenten wird hiermit vollinhaltlich Bezug genommen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die das anregende Licht erzeugende OLED und/oder der Leuchtstoff als Beschichtung auf die Innenseite oder auf die Außenseite eines Hohlkörpers aufgebracht oder in das Material eines Hohlkörpers eingebettet oder auf ein flaches, etwa plattenförmiges Substrat aufgebracht, wobei entweder der Leuchtstoff unmittelbar auf die das anregende Licht erzeugende OLED aufgebracht ist oder der Leuchtstoff auf die Innenseite des Hohlkörpers aufgebracht ist und die OLED auf die Außenseite des Hohlkörpers aufgebracht ist, oder umgekehrt oder entweder die OLED oder der Leuchtstoff oder beide in das Material des Hohlkörpers eingebettet sind oder die das anregende Licht erzeugende OLED ist als erste Schicht oder Schichtenfolge auf ein flaches, etwa plattenförmiges Substrat aufgebracht und der Leuchtstoff ist unmittelbar auf diese OLED-Beschichtung aufgebracht. Dabei kann es sich bei diesem Leuchtstoff ebenfalls um eine OLED-Schicht oder Schichtenfolge handeln.
-
Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
-
Dabei zeigen:
- 1 eine schematisch vereinfachte Ansicht eines Leuchtmittels gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematisch vereinfachte Ansicht eines Leuchtmittels gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung.
-
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet. Die anhand der Ausführungsbeispiele erläuterten Einzelheiten der Erfindung können, wenn sie für ein Ausführungsbeispiel erläutert werden, auch bei den jeweils anderen Ausführungsbeispielen Anwendung finden.
-
Zunächst wird auf die 1 Bezug genommen, die in schematisch vereinfachter Ansicht ein erfindungsgemäßes Leuchtmittel zeigt, in einer Variante, bei der dieses als ein plattenförmiges panelartiges oder quaderförmiges Leuchtmittel ausgebildet ist. Die Proportionen können dabei von 1 verschieden sein, so dass die Darstellung so zu verstehen ist, dass nur ein Ausschnitt aus einem flächigen Leuchtmittel gezeigt ist, welches insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Dieses Leuchtmittel umfasst eine organische Leuchtdiode 11, wobei diese in der Regel einen Schichtaufbau auf einem plattenförmigen Substrat aufweist. Die einzelnen Schichten sind hier nicht im Detail dargestellt, da der Aufbau einer OLED im Prinzip aus dem Stand der Technik bekannt ist. Diese OLED 11 emittiert ein Licht 15 mit einer Wellenlänge, welche das anregende Licht im Sinnen der vorliegenden Erfindung bildet, beispielsweise blaues, violettes oder ultraviolettes Licht. Diese anregende Licht 15 wird in eine Schicht 14 aus einem Leuchtstoff eingestrahlt, bei der es sich um einen organischen Leuchtstoff oder einen anorganischen Leuchtstoff handeln kann. Wenn eine organische Leuchtstoffschicht 14 verwendet wird, kann man beispielsweise eine Emitterschicht verwenden, wie sie von OLEDs her bekannt ist. Bei dieser Variante wird somit eine OLED-Schicht 14 auf die das anregende Licht 15 erzeugende OLED 11 aufgebracht. Jedoch können in der Regel bei der OLED-Schicht 14 die Elektrodenschichten entfallen, da die Anregung der Licht emittierenden Schicht über das anregende Licht der ersten OLED 11 erfolgt.
-
Der Leuchtstoff 14 in der oberen (oder alternativ auch unteren, bei Umkehrung des Schichtaufbaus) zweiten Schicht emittiert reaktives Licht 13 einer zweiten Wellenlänge, welche in der Regel von der Wellenlänge des anregenden Lichts 15 verschieden ist und im längerwelligen und somit sichtbaren Bereich liegt. Die Schicht mit dem Leuchtstoff 14 kann auch weißes Licht abstrahlen, beispielsweise indem Licht unterschiedlicher Lichtfarben miteinander gemischt wird.
-
Die 2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leuchtmittels. Bei dieser Variante ist ebenfalls eine OLED-Schicht 11 vorhanden, in der Regel als ein Schichtaufbau auf einem plattenförmigen oder flexiblen Substrat, welches anregendes Licht abstrahlt. Im Unterschied zu der zuvor anhand von 1 beschriebenen Variante wird bei dem Beispiel gemäß 2 eine Schicht aus einer porösen Matrix, insbesondere aus einem Aerogel 12 auf die OLED 11 aufgebracht, wobei in diese Schicht 12 aus dem Aerogel Partikel aus einem Leuchtstoff 14 eingebettet sind oder das Aerogel mit einer Schicht oder einer Folie aus dem Leuchtstoff beschichtet ist. Der Leuchtstoff 14 wird zur Lichtemission angeregt und emittiert reaktives Licht 13 in der oben beschriebenen Weise. Durch die Einbettung in eine poröse Matrix aus einem Aerogel 12 wird eine Diffusion des erzeugten Lichts erreicht und eine flächige gleichmäßige Lichtabgabe eines blendfreien Lichts erzielt, wobei das Material des Aerogels in vorteilhafter Weise ein sehr geringes Gewicht aufweist. Da das Aerogel 12 mit dem eingebetteten Leuchtstoff 14 oder gegebenenfalls auch zum Beispiel in Form einer Folie aufgebrachten Leuchtstoff auf die OLED 11 aufgebracht wird, ist kein zusätzliches Substrat für die reaktives Licht 13 abstrahlende Schicht notwendig.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Leuchtmittel
- 11
- anregendes Licht emittierende OLED
- 12
- poröse Matrix, Aerogel
- 13
- reaktives Licht
- 14
- Leuchtstoff
- 15
- anregendes Licht
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2010/136116 A1 [0024]
- DE 102015101413 A1 [0024]
- EP 1593165 B1 [0024]
- DE 102011104745 A1 [0025]
- WO 2015/014429 A1 [0025]
