DE602004004350T2

DE602004004350T2 - Planare Beleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: DE602004004350T2
Application number: DE602004004350T
Authority: DE
Inventors: Norihito Takeuchi
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2024-11-19
Also published as: EP1533633A1; DE602004004350D1; US20050141242A1; TWI249972B; TW200524472A; EP1533633B1; CN1620213A; JP2005158369A; KR20050049411A; KR100709942B1

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Element und ein Beleuchtungsgerät.
Ein Beleuchtungsgerät zur Emission von Licht durch eine Fläche ist bekannt. Ein derartiges Beleuchtungsgerät beinhaltet ein Lichtemissionselement wie etwa eine Lichtemissionsdiode (LED), eine Kaltkathodenröhre oder ein Elektrolumineszenzelement (EL) als Lichtquelle. Ein Beleuchtungsgerät ist ein organisches EL-Feld mit einem auf einem transparenten Substrat bereitgestellten organischen EL-Element. Das organische EL-Feld kann als Rücklicht für ein Flüssigkristallanzeigegerät verwendet werden.
Die Fläche der Lichtaustrittsoberfläche des organischen EL-Feldes ist gleich der Projektionsfläche einer organischen EL-Schicht im organischen EL-Element. Ein weiterer Anstieg bei der Größe der Lichtaustrittsoberfläche des organischen EL-Feldes ist momentan erforderlich, aber die Anforderung kann durch Erhöhen der Projektionsfläche der organischen EL-Schicht nicht leicht erfüllt werden. Der Grund hierfür ist, dass die Dicke der organischen EL-Schicht normalerweise sehr gering ist, das heißt etwa mehrere Zehn bis Hunderten von nm, und es ist somit schwierig, eine organische EL-Schicht mit einer großen Projektionsfläche mit guter Ausbeute homogen auszubilden. Somit wurde vorgeschlagen, dass eine Vielzahl an Zellen mit jeweils einem organischen EL-Element auf einer Ebene angeordnet wird, um die Anforderung nach einem Anstieg bei der Größe der Anzeigenoberfläche des Anzeigegerätes und der Lichtaustrittsoberfläche des organischen EL-Feldes zu erfüllen (vgl. japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-52858).
Der Anschluss und die Verschaltung zum Verbinden von Anode und Kathode jedes organischen EL-Elementes mit einer externen Energieversorgung werden üblicherweise auf einer Peripherie des transparenten Substrates des organischen EL-Elementes angeordnet. Folglich wird Licht von dem organischen EL-Element nicht von einem Abschnitt des transparenten Substrates zwischen benachbarten organischen EL-Elementen emittiert. Somit kann kein Licht homogen emittierendes Beleuchtungsgerät erhalten werden, falls eine Vielzahl an organischen EL-Elementen einfach auf einer Ebene angeordnet werden.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-214411 offenbart ein Beleuchtungsgerät mit einer optischen Schicht oder einem optischen Element, wobei die optische Schicht oder das optische Element eine Vielzahl an erhöhten Abschnitten zur Durchführung der Funktion der Lichtstreuung aufweist. Gemäß den 6 und 7 umfasst die optische Schicht einen Basisschichtabschnitt 52 und einen aus einer Vielzahl an erhöhten Abschnitten 54 zusammengesetzten Diffusionsabschnitt 53. Die erhöhten Abschnitte 54 sind zueinander beabstandet. Der Basisschichtabschnitt 52 und der erhöhte Abschnitt 54 beinhalten jeweils ein Streumaterial 51. Zwischen benachbarten erhöhten Abschnitten 54 ist eine Mulde 55 bereitgestellt. Ein (nicht gezeigter) optischer Wellenleiter ist unter der optischen Schicht angeordnet, und Licht von dem optischen Wellenleiter dringt in den Basisschichtabschnitt 52 ein. Ein Querschnitt des erhöhten Abschnitts 54 ist ein Tetragon von 113 μm im Quadrat, die Höhe des erhöhten Abschnitts 54 beträgt 60 μm, und das Maß zwischen erhöhten Abschnitten 54 liegt bei 195 μm. Das optische Element umfasst dieselbe Konfiguration wie die der optischen Schicht, außer dass ihre Dicke größer als die der optischen Schicht ist. Die optische Schicht und das optische Element werden zur Reduktion der Ungleichheit der Lichthelligkeit von dem optischen Wellenleiter verwendet. Bei einem Beleuchtungsgerät mit der optischen Schicht oder dem optischen Element ist es erforderlich, die optische Schicht oder das optische Element und das Lichtemissionselement noch befriedigender anzuordnen.
Die Druckschrift US 5 142 192 A offenbart ein Dünnschichtelektrolumineszenzelement mit einer Leuchtschicht zur Emission von Licht durch Anlegen einer Spannung an die Leuchtschicht durch eine Elektrode, wobei die Elektrode aus einem Metall ausgebildet ist; sowie einem Material zum Streuen des Lichts, das auf einer Endfläche der Leuchtschicht angeordnet ist. In dem Element sind eine Vielzahl an Leuchtschichten mit verschiedenen Leuchtwellenlängeneigenschaften miteinander gestapelt, und eine isolierende Schicht und eine metallische Elektrode sind auf beiden Seiten der Leuchtschichten angeordnet. Das Lichtstreuungsmaterial mischt das von den Leuchtschichten emittierte Licht durch das Streuen des Lichts miteinander und ist auf den Endflächen der Leuchtschichten angeordnet.
Ferner offenbart die Druckschrift US 4 168 102 A eine Lichtemissionsanzeigevorrichtung mit einer gedruckten Leiterbahnbaugruppe, der ein Leiterbahnmuster aufgeprägt ist; einem auf der gedruckten Leiterbahnbaugruppe aufgebrachten und mit dem Leiterbahnmuster elektrisch verbundenen Lichtemissionselement; einem mit einem eindringenden Loch zum Empfang des Lichtemissionselementes in seiner unteren Öffnung bereitgestellten und auf der gedruckten Leiterbahnbaugruppe angeordneten Reflektor, wobei die innere Wand des eindringenden Lochs als Reflexionsebene wirkt; einer lichtdurchlässigen Schicht mit lichtstreuenden Materialien, welche die obere Öffnung des eindringenden Lochs schließt; und einer Verbindungsschicht mit lichtstreuendem Material, wobei die Verbindungsschicht die lichtdurchlässige Schicht mit dem Reflektor verbindet.
Darüber hinaus offenbart die Druckschrift US 2002/0122144 A1 eine Beleuchtungsvorrichtung und ein Herstellungsverfahren dafür, eine Anzeigevorrichtung und ein elektronisches Instrument. Eine Beleuchtungsvorrichtung ist bereitgestellt, welche das Ausmaß an austretendem Licht reduziert, und somit die Beleuchtungseffizienz verbessert. Elektrolumineszenzelemente sind auf einer Oberfläche eines transparenten Substrates ausgebildet. Die Elektrolumineszenzelemente sind mit zumindest einer transparenten Elektrode, einer Lichtemissionsschicht und einer Reflexionselektrode in dieser Reihenfolge von der Ausgangsoberfläche des transparenten Substrates versehen. Auf einer Oberfläche des transparenten Substrates sind Höhlungen ausgebildet, und zumindest die Reflexionselektrode ist in den Höhlungen ausgebildet.
Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zur Emission von Licht in geeigneter Weise befähigtes Beleuchtungsgerät bereitzustellen, sowie ein für ein derartiges Beleuchtungsgerät geeignetes optisches Element bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Gegenstand der beigefügten Patentansprüche gelöst.
Andere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind aus der nachstehend angeführten Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung ersichtlich, welche die Erfindungsprinzipien beispielhaft darstellen.
Die Erfindung mag zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen am besten unter Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung und die derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung verstanden werden. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines Beleuchtungsgerätes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Draufsicht des in 1 gezeigten Beleuchtungsgerätes;
3 eine schematische Schnittansicht des Beleuchtungsgerätes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine schematische Schnittansicht des Beleuchtungsgerätes gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine schematische Draufsicht eines in dem in 4 gezeigten Beleuchtungsgerät bereitgestellten optischen Elementes;
6 eine Teilansicht einer optischen Schicht gemäß dem Stand der Technik; und
7 eine Teilansicht der Wirkung der in 6 gezeigten optischen Schicht.
Ein optisches Element und ein Beleuchtungsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
Gemäß 1 umfasst ein Beleuchtungsgerät 11 ein optisches Element 12 und eine Vielzahl an organischen EL-Elementen 14. Jedes organische EL-Element 14 ist in einem entsprechenden von einer Vielzahl von Einhäusungsabschnitten 13 eingehäust, die in dem optischen Element 12 bereitgestellt sind, und wirken als Lichtemissionselement.
Das optische Element 12 umfasst einen Substratabschnitt 15, der Lichtübertragung erlaubt, sowie einen Leitabschnitt 16. Der Substratabschnitt 15 umfasst eine Lichtaustrittsoberfläche 15a, und der Leitabschnitt 16 ist auf einer Oberfläche des Substratabschnittes 15 bereitgestellt, der von der Lichtaustrittsoberfläche 15a abgewandt ist. Die Lichtaustrittsoberfläche 15a entspricht mit anderen Worten einer ersten Oberfläche, welche eine von einer ersten und einer zweiten Oberfläche auf gegenüberliegenden Seiten des Substratabschnittes 15 ist, und der Leitabschnitt 16 ist auf der zweiten Oberfläche des Substratabschnittes 15 bereitgestellt. Der Leitabschnitt 16 leitet von einer Seitenfläche des in jedem Einhäusungsabschnitt 13 eingehäusten organischen EL-Elementes 14 emittiertes Licht zu dem Substratabschnitt 15.
Der Leitabschnitt 16 ist mit dem Substratabschnitt 15 integriert angeordnet. Der Substratabschnitt 15 und der Leitabschnitt 16 können beispielsweise aus einem transparenten Acrylharz ausgebildet sein. In der vorliegenden Spezifikation bedeutet der Begriff „transparent", dass zumindest sichtbares Licht passieren kann.
Der Leitabschnitt 16 steht von der zweiten Oberfläche des Substratabschnittes 15 hervor. Gemäß 2 umfasst der Leitabschnitt 16 eine ebene tetragonale Rahmenform entsprechend der ebenen tetragonalen Form des organischen EL-Elementes 14. Die Einhäusungsabschnitte 13 sind durch den Substratabschnitt 15 und den Leitabschnitt 16 definiert. Gemäß 1 ist die Tiefe jedes Einhäusungsabschnitts 13 nahezu gleich der Dicke des entsprechenden organischen EL-Elementes 14. Öffnungen der Einhäusungsabschnitte 13 sind mit einer Bodenplatte 18 verschlossen.
Gemäß 1 umfasst jedes organische EL-Element 14 ein transparentes Substrat 19, eine erste Elektrode 20, eine organische EL-Schicht 21 und eine zweite Elektrode 22. Die erste Elektrode 20, die organische EL-Schicht 21 und die zweite Elektrode 22 sind in dieser Reihenfolge auf dem transparenten Substrat 19 bereitgestellt. Jedes organische EL-Element 14 ist mit einer Schutzschicht 23 bedeckt, so dass die organische EL-Schicht 21 nicht mit Außenluft in Berührung kommt. Die Schutzschicht 23 wirkt zur Vermeidung einer Durchdringung von zumindest Feuchtigkeit und Sauerstoff. Die Schutzschicht 23 kann beispielsweise aus Siliziumnitrid ausgebildet sein. In jedem organischen EL-Element 14 lässt man von der organischen EL-Schicht 21 emittiertes Licht durch das transparente Substrat 19 nach außen passieren. Genauer umfasst jedes organische EL-Element 15 eine Bodenemissionsstruktur. Die organischen EL-Elemente 14 sind elektrisch in Reihe geschaltet.
Jedes transparente Substrat 19 ist aus Glas ausgebildet. Jedes transparente Substrat 19 umfasst eine Einfalloberfläche 19a und eine Lichtaustrittsoberfläche 19b auf gegenüberliegenden Seiten des transparenten Substrates 19. Die Einfalloberfläche 19a jedes transparenten Substrates 19 steht in Kontakt zur ersten Elektrode 20. Jedes organische EL-Element 19 ist in dem entsprechenden Einhäusungsabschnitt 13 eingehäust, wobei die Lichtaustrittsoberfläche 19b des transparenten Substrats 19 dem Substratabschnitt 15 zugewandt ist, und eine Seitenfläche 19c des transparenten Substrats 19 mit dem Leitabschnitt 16 in Kontakt steht. Die Seitenfläche 19c des transparenten Substrats 19 ist zumindest ein Teil der Seitenfläche des organischen EL-Elementes 14. Die Lichtaustrittsoberfläche 15a des Substratabschnitts 15 ist orthogonal zu der Seitenfläche 19c des transparenten Substrats 19.
Jede erste Elektrode 20 ist aus einem transparenten leitenden Material wie etwa Indiumzinnoxid (ITO) ausgebildet. Die erste Elektrode 20 wirkt als Anode.
Jede organische EL-Schicht 21 weist eine gut bekannte Konfiguration auf. Jede organische EL-Schicht 21 kann aus einer Lochinjektionsschicht, einer Lichtemissionsschicht und einer Elektroneninjektionsschicht zusammengesetzt sein, die in dieser Reihenfolge von der Seite der ersten Elektrode 20 angeordnet sind, oder sie können aus einer Lochinjektionsschicht, einer Lochtransportschicht, einer Lichtemissionsschicht und einer Elektronentransportschicht zusammengesetzt sein, die von der Seite der ersten Elektrode 20 angeordnet sind. Das von jeder organischen EL-Schicht 21 emittierte Licht ist weißes Licht.
Jede zweite Elektrode 22 ist aus einem Metall wie etwa Aluminium ausgebildet, und weist ein hohes Reflexionsvermögen auf. Die zweite Elektrode 22 wirkt als Kathode.
Der Leitabschnitt 16 beinhaltet Lichtstreuungskörper 17. Jeder Lichtstreuungskörper 17 umfasst eine Grenzfläche zur Streuung von Licht, das von der Seitenfläche des organischen EL-Elementes 14 emittiert wird (genauer Licht, das von der Seitenfläche 19c des transparenten Substrates 19 austritt, und in den Leitabschnitt 16 eintritt). Bei der vorliegenden Spezifikation beinhaltet „Streuung" Reflexion und Brechung. Jeder Lichtstreuungskörper 17 kann eine Narbe oder ein Kratzer sein, die durch Anwendung von Laserlicht verursacht werden, oder kann ein Abschnitt des Leitabschnitts 16 sein, der sich im Brechungsindex von anderen Abschnitten des Leitabschnitts 16 unterscheidet. Die Form jedes Lichtstreuungskörpers 17 ist nicht speziell begrenzt, kann aber gemäß der Dicke und der Breite des Leitabschnitts 16 zweckmäßig entworfen sein, und kann beispielsweise im Querschnitt kugelförmig oder ringförmig sein. Es ist jedoch wünschenswert, dass die Lichtstreuungskörper 17 in der Lage sein sollen, in den Leitabschnitt 16 zum Substratabschnitt 15 eindringendes Licht effizient zu leiten.
Die Streuungskörper 17 können durch die Anwendung eines Lasermarkierungsverfahrens gemäß der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2001-276985 ausgebildet sein. Gemäß diesem Lasermarkierungsverfahren wird Laserlicht mit hoher Ausgangsleistung in ein transparentes Material konvergiert, wodurch nur in der Nähe des Brennpunktes eine Degeneration des transparenten Materials einhergehend mit einer Beschädigung, einer Änderung im Brechungsindex und einer Änderung in der Dichte auftritt. Falls somit das optische Element 12 auf einer zur dreidimensionalen Bewegung befähigten Bühne angeordnet ist, und das optische Element 12 dreidimensional bewegt wird, während Laserlicht in den Leitabschnitt 16 des optischen Elementes 12 unter Verwendung einer Linse konvergiert wird, werden die Lichtstreuungskörper 17 an vorbestimmten Positionen im Leitabschnitt 16 ausgebildet.
Als Laserlichtquelle wird beispielsweise ein Nd-YAG-Laser verwendet. Die Laserlichtquelle ist vorzugsweise ein Pulslaser aufgrund der leichten Steuerung. Mit sinkender Impulsbreite des Lasers wird es leichter, die Markierungstiefe homogen auszubilden. Diesbezüglich ist eine Laserlichtquelle mit einer Impulsbreite gleich oder kleiner als eine Subnanosekunde (beispielsweise ein Femtosekundenlaser mit einer Impulsbreite in der Größenordnung von 10 bis 15 Femtosekunden) nützlich.
Eine als Lichtreflexionsabschnitt wirkende Lichtreflexionsschicht 24 ist am Ende des Leitabschnitts 16 auf der abliegenden Seite des Substratabschnitts 15 bereitgestellt, das heißt am führenden Ende des Leitabschnitts 16. Die Lichtreflexionsschicht 24 ist beispielsweise aus einem Metall wie etwa Aluminium ausgebildet.
Die tatsächliche Dicke des transparenten Substrates 19 beträgt beispielsweise etwa 0,5 bis 1 mm, und die tatsächlichen Dicken der ersten Elektrode 20, der organischen EL-Schicht 21 und der zweiten Elektrode 22 betragen beispielsweise etwa mehrere Zehn bis 1000 nm. Somit sind die Verhältnisse der Dicken der ersten Elektrode 20, der organischen EL-Schicht 21 und der zweiten Elektrode 22 zu der Dicke des transparenten Substrates 19 aus 1 von den tatsächlichen verschieden. Die tatsächliche Dicke der Schutzschicht 23 ist gleich oder größer als die tatsächlichen Dicken der ersten Elektrode 20, der organischen EL-Schicht 21 und der zweiten Elektrode 22, aber in 1 ist die Dicke der Schutzschicht 23 kleiner als die Dicken der ersten Elektrode 20, der organischen EL-Schicht 21 und der zweiten Elektrode 22 für eine bessere Darstellung. Die relativen Größen des organischen EL-Elementes 14, des Substratabschnittes 15, des Leitabschnittes 16 und des transparenten Substrats 19 aus 1 sind ebenfalls von der Realität verschieden. Auf diese Weise ist die relative Größe jedes Bestandteils des in 1 gezeigten Beleuchtungsgerätes 11 von der Realität verschieden.
Nicht nur die Lichtstreuungskörper 17 des Leitabschnittes 16, sondern auch der Substratabschnitt 15 bewirkt die Funktion zur Streuung von Licht. Das Trübungsniveau des Substratabschnittes 15 ist jedoch klein eingestellt, so dass der Substratabschnitt 15 das Licht nicht intensiver streut als die Lichtstreuungskörper 17.
Nachstehend ist der Betrieb des in 1 gezeigten Beleuchtungsgerätes 11 beschrieben.
Das Beleuchtungsgerät 11 ist beispielsweise auf einer Rückoberfläche (Oberfläche gegenüber der Anzeigenoberfläche) eines (nicht gezeigten) lichtdurchlässigen Kristallfeldes angeordnet, und als Rücklicht verwendet. Wenn das Beleuchtungsgerät 11 an ist, wird eine Spannung zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 angelegt, und folglich emittiert die organische EL-Schicht 21 Licht. Von der organischen EL-Schicht 21 emittiertes Licht dringt in das transparente Substrat 19 durch die erste Elektrode 20 ein. Unter dem in das transparente Substrat 19 eindringenden Licht tritt das Licht mit einem kleineren Einfallswinkel auf die Lichtaustrittsoberfläche 19b als dem kritischen Winkel aus dem transparenten Substrat 19 auf, und dringt sodann in den Substratabschnitt 15 des optischen Elementes 2 ein. Licht mit einem größeren Einfallswinkel auf der Lichtaustrittsoberfläche 19b als dem kritischen Winkel wird auf der Lichtaustrittsoberfläche 19b totalreflektiert, und tritt daher nicht aus dem transparenten Substrat 19 durch die Lichtaustrittsoberfläche 19b aus. Das totalreflektierte Licht wandert durch das transparente Substrat 19 zu der Seitenfläche 19c, und tritt aus dem transparenten Substrat 19 durch die Seitenfläche 19c aus. Somit emittiert das organische EL-Element 14 Licht nicht nur von der oberen Fläche sondern auch aus der Seitenfläche.
Das von den organischen EL-Element 14 durch die Seitenfläche 19c austretende Licht dringt in den Leitabschnitt 16 des optischen Elementes 12 ein. Das in den Leitabschnitt 16 eindringende Licht wird an den Lichtstreuungskörpern 17 reflektiert oder gebrochen. Ein Teil des in den Leitabschnitt 16 eindringenden Lichtes wandert zu dem Substratabschnitt 15 als Ergebnis einer Reflexion oder Brechung an den Lichtstreuungskörpern 17, und tritt sodann aus dem Substratabschnitt 15 durch die Lichtaustrittsoberfläche 15a aus. Das von dem Substratabschnitt 15 durch die Lichtaustrittsoberfläche 15a auf diese Weise austretende Licht wird auf ein Flüssigkristallfeld appliziert, und ein Bild wird auf der Anzeigeoberfläche des Flüssigkristallfeldes angezeigt.
Auf diese Weise wird bei dem in 1 gezeigten Beleuchtungsgerät 11 nicht nur von der oberen Fläche des organischen EL-Elementes 14 austretendes Licht sondern auch von der Seitenfläche des organischen EL-Elementes 14 austretendes Licht effektiv zur Anzeige von Bildern verwendet.
Das erste Ausführungsbeispiel stellt die nachstehend aufgeführten Vorteile bereit.

(1) Gemäß dem in 1 gezeigten Beleuchtungsgerät 11 wird von der Seitenfläche des organischen EL-Elementes 14 emittiertes Licht zu dem Substratabschnitt 15 durch die Wirkung des Leitabschnitts 16 für einen Austritt aus dem Substratabschnitt 15 durch die Lichtaustrittsoberfläche 15a geleitet. Somit tritt ein größerer Anteil an Licht aus dem Substratabschnitt 15 durch die Lichtaustrittsoberfläche 15a im Vergleich zu dem Fall aus, wenn der Leitabschnitt 16 nicht vorhanden ist. Das zu dem Substratabschnitt 15 durch die Wirkung des Leitabschnitts 16 geleitete Licht tritt zu einem zwischen benachbarten organischen EL-Elementen 14 angeordneten Abschnitts des Substratabschnitts 15 aus, und daher wird eine Inhomogenität in der Helligkeit zwischen einem Abschnitt des Substratabschnitts 15 entsprechend jedes organischen EL-Elementes 14 und einem zwischen benachbarten EL-Elementen 14 angeordneten Abschnitts des Substratabschnitts 15 reduziert. Gemäß dem Beleuchtungsgerät 11 kann Licht aus dem Substratabschnitt 15 durch die Lichtaustrittsoberfläche 15a homogen austreten.
(2) Der Leitabschnitt 16 ist integriert zu dem Substratabschnitt 15 ausgebildet. Somit wird das optische Element 12 im Vergleich zu einer Konfiguration leichter hergestellt, bei der der Leitabschnitt 16 unabhängig von dem Substratabschnitt 15 bereitgestellt ist.
(3) Der Leitabschnitt 16 beinhaltet die Lichtstreuungskörper 17. Von der Seitenfläche des organischen EL-Elementes 14 emittiertes Licht wird zu dem Substratabschnitt 15 geleitet, während es durch die Lichtstreuungskörper 17 gestreut und diffundiert wird. Somit tritt das an den Substratabschnitt 15 geleitete Licht homogen aus der Lichtaustrittsoberfläche 15a heraus, ohne dass das Licht am Substratabschnitt 15 stark gestreut werden muss. Falls andererseits in den Leitabschnitt 16 eindringendes Licht einfach an den Substratabschnitt 15 durch eine Spiegeloberfläche geleitet wird, muss das Licht am Substratabschnitt 15 stark gestreut werden, damit das Licht aus der Lichtaustrittsoberfläche 15 homogen austritt.
(4) Die Lichtreflexionsschicht 24 ist am vorderen Ende des Leitabschnitts 16 bereitgestellt. Die Lichtreflexionsschicht 24 reflektiert zumindest einen Teil des reflektierten oder gebeugten Lichtes zu dem Substratabschnitt 15 hin, so dass es von dem Substratabschnitt 15 an den Lichtstreuungskörpern 17 wegwandert. Somit tritt ein größerer Lichtanteil von dem Substratabschnitt 15 durch die Lichtaustrittsoberfläche 15a im Vergleich zu dem Fall aus, wenn die Lichtreflexionsschicht 24 nicht vorhanden ist, und die Oberfläche des vorderen Endes des Leitabschnitts 16 optisch absorbierend oder optisch transparent ist.
(5) Das organische EL-Element 14 wird als Lichtemissionselement verwendet. Somit wird eine Dickenreduktion des Beleuchtungsgerätes 11 im Vergleich zu dem Fall leichter erzielt, wenn eine Lichtemissionsdiode (LED) oder eine Kaltkathodenröhre als Lichtemissionselement verwendet wird.
(6) Das organische EL-Element 14 weist eine Bodenemissionsstruktur auf. Somit wird von der Seitenfläche des organischen EL-Elementes 14 emittiertes Licht effizienter zum Substratabschnitt 15 durch den Leitabschnitt 16 im Vergleich zu einem organischen EL-Element mit einer Topemissionsstruktur geleitet, wobei von einer organischen EL-Schicht emittiertes Licht von einer dem Substrat gegenüberliegenden Seite nach außen austritt.
(7) Organische EL-Elemente 14 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Somit sind die durch die organischen EL-Elemente 14 passierenden Stromanteile dieselben, und die von den organischen EL-Elementen 14 emittierten Lichtmengen sind dieselben. Daher kann leicht homogenes Licht aus der Lichtaustrittsoberfläche 15a zum Austritt gebracht werden.
(8) Das von jeder organischen EL-Schicht 21 emittierte Licht ist weißes Licht. Falls somit das Beleuchtungsgerät 11 als Rücklicht für ein Flüssigkristallfeld verwendet wird, kann eine Vollfarbanzeige unter Verwendung eines Farbfilters bereitgestellt werden.
(9) Die Lichtstreuungskörper 17 sind durch Anwendung eines Lasermarkierungsverfahrens ausgebildet. Somit können die Lichtstreuungskörper 17 an vorbestimmten Positionen in dem Leitabschnitt 16 ohne Einritzen oder Markieren der Oberfläche des Leitabschnitts 16 ausgebildet werden. Lichtstreuungskörper 17 mit verschiedenen Formen können an gewünschten Positionen leicht ausgebildet werden.
(10) Nicht nur die Lichtstreuungskörper 17 des Leitabschnitts 16 sondern auch der Substratabschnitt 15 führt die Funktion zur Streuung von Licht durch. Folglich ist das aus einem Abschnitt der Lichtaustrittsoberfläche 15a entsprechend dem Leitabschnitt 16 austretende Licht nahezu äquivalent zu Licht, das aus einem Abschnitt der Lichtaustrittsoberfläche 15a austritt, der nicht dem Leitabschnitt 16 entspricht.
(11) Die von dem transparenten Substrat 19 im Vergleich zur ersten Elektrode 20 entfernt angeordnete zweite Elektrode 22 ist optisch reflektiv. Somit steigt der aus der Lichtaustrittsoberfläche 19b des transparenten Substrates 19 austretende Lichtanteil im Vergleich zu dem Fall, wenn die zweite Elektrode 22 nicht optisch reflektiv ist.

Nachstehend ist das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Solchen Bestandteilen, die ähnlich oder gleich zu entsprechenden Bestandteilen nach dem ersten Ausführungsbeispiel sind, sind dieselben Bezugszeichen verliehen, und eine ausführliche Beschreibung ist weggelassen.
Bei dem Beleuchtungsgerät 11 gemäß dem in 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel sind als Lichtreflexionsabschnitte wirkende Prismen 25 und 26 am Ende des Leitabschnitts 16 bereitgestellt. Die Prismen 25 und 26 sind durch Kerben des vorderen Endes des Leitabschnitts 16 ausgebildet. Das in einem in der äußeren Peripherie des optischen Elementes 12 angeordneten Abschnitt des Leitabschnitts 16 bereitgestellte Prisma 25 ist größer als das in einem zwischen Einhäusungsabschnitten 13 angeordneten Abschnitt des Leitabschnitts 16 bereitgestellte Prisma 26. Im Einzelnen beträgt die Länge der geneigten Fläche 25a des Prismas 25 nahezu das Doppelte der Länge der geneigten Fläche 26a des Prismas 26. Der Winkel zwischen der geneigten Fläche 25a des Prismas 25 und der Seitenfläche des Leitabschnitts 16 ist so eingestellt, dass der Einfallswinkel von vertikal in die Seitenfläche des Leitabschnitts 16 relativ zu der geneigten Fläche 25a des Prismas 25 eindringendem Licht größer als der kritische Winkel ist. Der Winkel zwischen der geneigten Fläche 26a des Prismas 26 und der Seitenfläche des Leitabschnitts 16 ist so eingestellt, dass der Einfallswinkel des in die Seitenfläche des Leitabschnitts 16 relativ zu der geneigten Fläche 26a des Prismas 26 vertikal eindringenden Lichts größer als der kritische Winkel ist.
In 3 ist zur Vereinfachung die Dicke eines Abschnitts des organischen EL-Elementes 14 unter Ausschluss des transparenten Substrates 19 gleich der Dicke des transparenten Substrates 19 dargestellt, weswegen die geneigten Flächen 25a und 26a der Prismen 25 bzw. 26 nicht zu der Seitenfläche 19c des transparenten Substrates 19 im Hinblick auf das räumliche Verhältnis passen. Tatsächlich ist jedoch die Dicke eines Abschnitts des organischen EL-Elementes 14 unter Ausschluss des transparenten Substrates 19 kleiner als 1/100 der Dicke des transparenten Substrates 19, und daher sind die geneigten Flächen 25a und 26a der Prismen 25 bzw. 26 der Seitenfläche 19c des transparenten Substrates 19 örtlich angepasst.
Bei dem Beleuchtungsgerät 11 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beinhaltet der Leitabschnitt 16 nicht die Lichtstreuungskörper 17, sondern anstatt dessen beinhaltet ein Abschnitt des Substratabschnitts 15 entsprechend dem Leitabschnitt 16 die Lichtstreuungskörper 17.
Von dem transparenten Substrat 19 durch die Seitenfläche 19c emittiertes Licht dringt in den Leitabschnitt 16 ein, und wandert dann durch den Leitabschnitt 16 zu der geneigten Fläche 25a oder 26a. Das an der geneigten Fläche 25a oder 26a ankommende Licht wird zum Substratabschnitt 15 nahezu in einem rechten Winkel zu der Lichtaustrittsoberfläche 15a des Substratabschnitts 15 totalreflektiert. Danach wird das licht durch die Lichtstreuungskörper 17 des Substratabschnitts 15 für eine nahezu homogene Diffusion gestreut, und tritt sodann aus der Lichtaustrittsoberfläche 15a aus.
Das zweite Ausführungsbeispiel stellt zusätzlich zu den Vorteilen (1), (2), (5) bis (8), (10) und (11) die nachstehend angeführten Vorteile bereit.

(12) Von der Seitenfläche des organischen EL-Elementes 14 emittiertes Licht dringt in den Leitabschnitt 16 ein, und wird sodann an den Substratabschnitt 15 über die Wirkung der Prismen 25 und 26 geleitet. Somit wird das in den Leitabschnitt 16 eindringende Licht effizient an den Substratabschnitt 15 geleitet, selbst falls die in 1 gezeigte Lichtreflexionsschicht 24 nicht vorhanden ist.
(13) Ein dem Leitabschnitt 16 entsprechender Abschnitt des Substratabschnitts 15 beinhaltet die Lichtstreuungskörper 17. Somit wird das an den Substratabschnitt 15 geleitete Licht durch die Lichtstreuungskörper 17 für einen homogenen Austritt aus der Lichtaustrittsoberfläche 15a gestreut.

Dem Fachmann sollte ersichtlich sein, dass die Erfindung auf viele andere spezifische Weisen ausgebildet werden kann, ohne vom Erfindungsbereich gemäß den beigefügten Patentansprüchen abzuweichen. Insbesondere versteht es sich, dass die Erfindung auf die nachstehend beschriebenen Weisen ausgebildet werden kann.
Der Substratabschnitt 15 und der Leitabschnitt 16 können unabhängig ausgebildet und dann integriert werden. Gemäß den 4 und 5 kann beispielsweise das optische Element 12 aus einem gitterrahmenförmigen Element 27 mit Lichtstreuungskörpern 17 und in die Maschen der Gitter des rahmenförmigen Elementes 27 eingepassten transparenten Elementen 28 zusammengesetzt sein. Die obere Fläche jedes transparenten Elementes 28 ist eben mit der oberen Fläche des rahmenförmigen Elementes 27. Dabei ist der Substratabschnitt 15 aus einem in der Peripherie des transparenten Elementes 28 angeordneten Abschnitt des rahmenförmigen Elementes 27 und dem transparenten Element 28 zusammengesetzt, und der Leiterabschnitt 16 ist aus dem anderen Abschnitt des rahmenförmigen Elementes 27 zusammengesetzt. Der Substratabschnitt 15 weist Grenzen zwischen dem rahmenförmigen Element 27 und den transparenten Elementen 28 auf, aber die Grenzen sind kaum sichtbar, wenn Licht aus der Lichtaustrittsoberfläche 15a des Substratabschnittes 15 austritt. Der Grund hierfür ist, dass die Grenzen vor einer Ansicht durch Licht verborgen sind, das durch die in einem Abschnitt des Substratabschnittes 15 entsprechend dem Leitabschnitt 16 beinhalteten Lichtstreuungskörpern 17 gestreut wird.
Bei dem in 1 gezeigten Beleuchtungsgerät 11 kann eine Lichtreflexionsschicht zumindest in einem Abschnitt der Bodenplatte 18 entsprechend dem Leitabschnitt 16 bereitgestellt sein, oder die obere Fläche der Bodenplatte 18 kann anstelle einer Bereitstellung der Lichtreflexionsschicht 24 am vorderen Ende des Leitabschnitts 16 in eine Spiegelfläche ausgebildet sein.
Das optische Element 12 kann durch Verbinden eines gitterrahmenförmigen Elementes mit einem ebenen Substrat ausgebildet sein. Dabei können das Substrat und das rahmenförmige Element mit einem Haftmittel oder durch einen Schweißvorgang miteinander verbunden sein.
Das optische Element 12 kann anstelle der Verwendung einer Bodenplatte 18 in einem kastenförmigen Gehäuse eingehäust sein. Folglich wird im Vergleich zu dem Fall die Stabilität verbessert, bei dem die Bodenplatte 18 verwendet wird, selbst falls Prismen 25 und 26 am vorderen Ende des Leitabschnitts 16 bereitgestellt werden.
Die Lichtreflexionsschicht 24 kann weggelassen werden.
Die Lichtreflexionsschicht kann auf der äußeren Fläche des Substratabschnitts 15 bereitgestellt werden. Die Lichtreflexionsschicht reflektiert vorzugsweise das Licht irregulär. Dabei kann zumindest ein Teil des von der äußeren Fläche des Substratabschnitts 15 austretenden Lichts aus der Lichtaustrittsoberfläche 15a zum Austritt gebracht werden.
Jeder Lichtaustrittskörper 17 kann eine beliebige Form aufweisen, solange er eine Grenzfläche zur Streuung von in den Leitabschnitt 16 eindringendem Licht aufweist. Sie können beispielsweise eine sich entlang der Dicke des Substratabschnitts 15 erstreckende lange und schmale Form aufweisen.
Die Lichtstreuungskörper 17 müssen nicht notwendigerweise durch Anwendung des Lasermarkierungsverfahrens ausgebildet sein. Die Lichtstreuungskörper 17 können beispielsweise durch Dispersion von Kügelchen in den Leitabschnitt 16 mit einem von dem Leitabschnitt 16 verschiedenen Brechungsindex ausgebildet sein.
Jedes organische EL-Element 14 kann anstelle einer Bodenemissionsstruktur eine Topemissionsstruktur aufweisen.
Das von jedem organischen EL-Element 14 emittierte Licht ist nicht auf weißes Licht limitiert, sondern kann monochromatisches Licht sein, oder es können zwei oder mehr Farben monochromatisches Licht emittiert werden. Jedes organische EL-Element 14 kann beispielsweise rotes, blaues, grünes oder gelbes monochromatisches Licht emittieren. Alternativ emittieren alle organischen EL-Elemente 14 kein Licht derselben Farbe, sondern einige der organischen EL-Elemente 14 können Licht emittieren, das eine andere Farbe als das Licht anderer organischer EL-Elemente 14 aufweist.
Die ebenen Formen für das optische Element 12 und das organische EL-Element 14 können ein Quadrat, ein Rechteck, ein Dreieck, ein Fünfeck, ein anderes Polygon, ein Kreis oder eine Kreisausschnittsform sein.
Die Form des optischen Elementes 12 ist nicht auf eine Analogie zu dem organischen EL-Element 14 beschränkt. Das optische Element 12 kann beispielsweise tetragonal sein, und das organische EL-Element 14 kann kreisförmig oder ein Dreieck sein.
Das optische Element 12 kann aus einem anderen transparenten Harz als transparentes Acrylharz oder Glas sein.
Ein anderes Lichtemissionselement als das organische EL-Element 14 wie etwa ein anorganisches EL-Element, ein LED oder eine Kaltkathodenröhre können verwendet werden. Die Verwendung des organischen EL-Elementes 14 oder eines anorganischen EL-Elementes kann jedoch zu einer Dickenreduktion des Beleuchtungsgerätes 11 im Vergleich zu der Verwendung einer LED, einer Kaltkathodenröhre oder dergleichen beitragen.
Eine Diffusionsschicht (Streuungsschicht) kann auf der Lichtaustrittsoberfläche 15a des Beleuchtungsgerätes 11 bereitgestellt werden.
Die erste Elektrode 20 kann aus einem anderen transparenten leitenden Material als ITO wie etwa Zinkoxid sein.
Die erste Elektrode 20 kann mit einer sehr dünnen Metallfolie transparent gemacht werden. Dabei beträgt die Dicke der Metallfolie vorzugsweise 50 nm oder weniger, noch bevorzugter 0,5 bis 20 nm.
Die erste Elektrode 20 kann als Kathode wirken, und die zweite Elektrode 22 kann als Anode wirken. Dabei ändert sich demgemäß die Konfiguration der organischen EL-Schicht 21. Im Einzelnen ändert sich beispielsweise die organische EL-Schicht 21 zu einer Zusammensetzung aus einer Elektroneninjektionsschicht, einer Lichtemissionsschicht und einer Lochinjektionsschicht, die in dieser Reihenfolge von der Seite der ersten Elektrode 20 angeordnet sind, oder sie ändert sich zu einer Elektroneninjektionsschicht, einer Elektronentransportschicht, einer Lichtemissionsschicht, einer Lochtransportschicht und einer Lochinjektionsschicht, die in dieser Reihenfolge von der Seite der ersten Elektrode 20 angeordnet sind.
Die organische EL-Schicht 21 kann nur aus einer Lichtemissionsschicht zusammengesetzt sein, oder sie kann aus zumindest einem Element aus der Gruppe Lochinjektionsschicht, Lochtransportschicht, Lochinjektions- und Transportschicht, Lochblockschicht, Elektroneninjektionsschicht, Elektronentransportschicht, Elektroneninjektions- und Transportschicht und Elektronenblockschicht sowie einer Lichtemissionsschicht zusammengesetzt sein.
Das transparente Substrat 19 kann anstelle von Glas aus Harz ausgebildet sein. Das transparente Substrat 19 kann flexibel sein, falls es aus Harz ausgebildet ist. Ein transparentes Substrat 19 aus Harz ist leichter als ein transparentes Substrat 19 aus Glas.
Das Beleuchtungsgerät 11 kann für andere Anwendungen als für eine Rücklichtbeleuchtung verwendet werden.
Ein optisches Element beinhaltet einen Substratabschnitt (15), der Lichttransmission erlaubt. Der Substratabschnitt umfasst eine Lichtaustrittsoberfläche (15a). Ein Leitabschnitt (16) ist auf einer Oberfläche des Substrates gegenüber der Lichtaustrittsoberfläche bereitgestellt. Eine Vielzahl an Einhäusungsabschnitten (13) sind durch den Leitabschnitt definiert. Jeder Einhäusungsabschnitt häust ein Lichtemissionselement (organisches Elektrolumineszenzelement (14)) ein. Das von einer Seitenfläche des in jedem Einhäusungsabschnitt eingehäusten Lichtemissionselementes emittierte Licht wird zum Substratabschnitt durch den Leitabschnitt geleitet. Ein Beleuchtungsgerät mit dem optischen Element kann Licht in geeigneter Weise emittieren.

Claims

Beleuchtungsgerät mit: einer Vielzahl von Lichtemissionselementen (14) mit jeweils einer oberen Fläche und einer Seitenfläche; und einem optischen Element (12) mit: einem Substratabschnitt (15), der eine Lichtübertragung mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche erlaubt, wobei die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche auf gegenüberliegenden Seiten des Substratabschnitts (15) angeordnet sind, und die erste Oberfläche als Lichtaustrittsoberfläche (15a) wirkt; einem Leitabschnitt (16), der auf der zweiten Oberfläche des Substratabschnittes (15) bereitgestellt ist; und einer Vielzahl von Einhäusungsabschnitten (13), dadurch gekennzeichnet, dass der Leitabschnitt eine die lateralen Seitenwände der Vielzahl von Einhäusungsabschnitten (13) definierende Rahmenform aufweist, und jedes Lichtemissionselement (14) in einem der Einhäusungsabschnitte (13) eingehäust ist, wobei die obere Fläche des Lichtemissionselementes (14) dem Substratabschnitt (15) zugewandt ist, und die Seitenfläche des Lichtemissionselementes (14) dem Leitabschnitt (16) zugewandt ist, und von den Seitenflächen der in den Einhäusungsabschnitten (13) eingehäusten Lichtemissionselementen (14) emittiertes Licht in den Leitabschnitt (16) eindringt und zum Substratabschnitt (15) durch den Leitabschnitt (16) geleitet wird, und sodann aus dem Substratabschnitt (15) durch die Lichtaustrittsoberfläche (15a) zusammen mit dem von den oberen Flächen der Lichtemissionselemente (14) emittierten Licht austritt.
Beleuchtungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Oberfläche orthogonal zu der Seitenfläche des Lichtemissionselementes (14) ist.
Beleuchtungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitabschnitt (16) mit dem Substratabschnitt (15) integriert ist.
Beleuchtungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitabschnitt (16) Lichtstreuungskörper (17) umfasst.
Beleuchtungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitabschnitt (16) einen relativ zu dem Substratabschnitt (15) am fernen Ende angeordneten Lichtreflexionsabschnitt (24) umfasst, und ein der Rahmenform des Leitabschnitts (16) entsprechender Abschnitt des Substratabschnittes (15) Lichtstreuungskörper (17) umfasst.
Beleuchtungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Substratabschnitt (15) einen der Rahmenform des Leitabschnitts (16) entsprechenden Abschnitt sowie einen einem Muster der lateralen Querschnitte der Vielzahl von Einhäusungsabschnitten (13) entsprechenden Abschnitt aufweist, und der der Rahmenform des Leitabschnitts (16) entsprechende Abschnitt des Substratabschnitts (15) dazu konfiguriert ist, das Licht intensiver als der dem Muster der lateralen Querschnitte der Vielzahl von Einhäusungsabschnitten (13) entsprechende Abschnitt des Substratabschnittes (15) zu streuen.
Beleuchtungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Lichtemissionselement (14) ein anorganisches Elektrolumineszenzelement ist.
Beleuchtungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Lichtemissionselement (14) ein organisches Elektrolumineszenzelement ist.
Beleuchtungsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes organische Elektrolumineszenzelement eine Bodenemissionsstruktur aufweist, jedes organische Elektrolumineszenzelement ein transparentes Substrat (19) mit einer Seitenfläche (19c) aufweist, welche zumindest ein Teil der Seitenfläche des organischen Elektrolumineszenzelementes ist, und jedes organische Elektrolumineszenzelement in seinem entsprechenden Einhäusungsabschnitt (13) so eingehäust ist, dass die Seitenfläche (19c) des transparenten Substrats (19) mit dem Leitabschnitt (16) in Kontakt steht.
Beleuchtungsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Elektrolumineszenzelemente elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Verfahren zur Herstellung des Beleuchtungsgerätes nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstreuungskörper (17) durch die Anwendung von Laserlicht ausgebildet sind.