JP2008512837A - 発光体 - Google Patents
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Abstract
スペクトルの第1領域において平面式に放射する少なくとも1つの有機発光ダイオード22と、前記スペクトルの第2領域において円錐形に放射する少なくとも1つの非有機発光ダイオード10、14と、拡散面を有する前記発光ダイオードの全てによって放射された光を混合する装置とを有する、均一な強度及び色の光を放射する発光体。
Description
本発明は、異なる放射波長を有する複数の発光ダイオードと、均一な強度及び色の光を放射するための光混合装置とを有する発光体(light generating body)に関する。
発光ダイオード(LED)は、一般に、これらの発光層の性質によって、非有機発光ダイオード(nLED)と有機発光ダイオード(OLED)とに分類される。非有機発光層において、放射される波長は、使用されている半導体材料のエネルギーギャップによって決定される。有機発光層において、前記波長は、添加物の性質によって決定される。異なる色のLEDからの光を混合することによって、例えば、色点が調整されることができる大きいブライトネスの白色を生成することができる。個々のLEDの放射の強度を別個に制御することによって、前記光が可視スペクトルにおける他の色に及び白色光に設定される、及び/又はエージング及び温度の効果(即ち強度における変化)が放射において補償されることも可能である。
強度及び色の均一な分布を有する混合された色を生成する発光体は、特に、制限が全体奥行きに関して観測されなければならない場合、点形態における1つ以上の発光面から円錐形において放射するnLEDから構成するのは難しい。文献、欧州特許出願第03101926号は、多数のダイオードと、複合リフレクタ装置とを使用して構成されている小さい全体奥行きのこの種の均一な面発光体を記載している。制限のない色の変化(これが望ましい)は、種々の色のLEDの使用を要求するだけでなく、前記LEDが個別に駆動されること、従って、複数のダイオードによって生じる電子回路の複雑性、及び前記電子回路に伴う高いコストも要求する。この問題は、前記スペクトルの緑色領域におけるnLEDの乏しい光の収率と、このことによって有することが必要となる多数の緑色nLEDとによって、更に強調される。このことは、例えば、フラットスクリーン又は室内照明のような分野におけるものであり、前記フラットスクリーン又は室内照明においては、構成要素のコスト、全体奥行き及び色が変化されることができる均一な平面発光体の効率が、重要な考慮すべきことである。
従って、本発明の目的は、色が変化されることができる効率的で均一な発光体であって、構成要素のコスト、全体の奥行き及び効率に関する要件を満たす発光体を供給することにある。
この目的は、スペクトルの第1領域において平面式に放射する少なくとも1つの有機発光ダイオードと、前記スペクトルの第2領域において円錐形に放射する少なくとも1つの非有機発光ダイオードと、全ての前記発光ダイオードによって放射された光を混合する装置とを有する発光体において、前記装置は、拡散面を含んでいる、添付の請求項1に記載の発光体によって達成される。有利な実施例は、添付の従属請求項に指定されている。
種々の色のLEDによって混合された均一な白色光を放射する光発生ダイオードは、一般に、複数の有色LEDを有し、前記有色LEDの放射された有色光は、白色光を与えるために、前記LEDと前記拡散面との間の空間のボリュームにおいて混合する。均一な知覚される色及びブライトネスが得られることを可能にするために、上述の光源の全ては、前記光を散乱するための拡散面を有している。非有機LEDの場合、発光領域は、「点形態」と称されることもある。「点形態」という語は、この場合において、数理的な意味ではなく、前記拡散面の面積に対して非常に小さい発光領域を意味していると理解されるべきである。「点形態」と対照的に、「平面」は、非常に大きい発光領域を意味している。有機LEDの場合、この種の領域は、数平方センチメートル以上をカバーすることができる。前記有機LEDは平面式に放射するので、nLED(放射が円錐形状である)とは異なって、前記拡散面を、講じられている何らかの更なるステップによって均一に照明する。本発明による、円錐形に及び平面式に放射する発光ダイオードの組み合わせの有利な点は、光を均一に混合する装置に関して可能となるより小さい全体奥行きである。前記非有機LEDの間の間隔は一定であり、異なる色のnLEDが対称的に配置されている場合であって、前記nLEDの異なる色の数が非常に小さい場合、前記発光面から、多数の異なる色のnLEDが設けられている場合におけるよりも短い距離における、同じ色の隣接しているnLEDからの光の円錐の間におけるオーバーラップが、得られる。
他の実施例において、最大放射がスペクトルの緑色領域におけるものである有機LEDの使用は、前記非有機LEDが光の収率に関して非常に低い効率を有しており、かつ、正確には、前記スペクトルのこの領域において、有機LEDが非常に効率的に放射することが明確であるので、有利である。このようにして、同じ強度が、非有機LEDと比較して大幅に低い有機LEDのスペクトルの緑色領域において、得られる。減少された数のLEDを有することによって、前記発光体の構成要素のコストは、減少されることができ、エネルギーも節約されることができる。
原理上は、白色光は、前記スペクトルの異なる領域において放射する2つの発光ダイオードを使用して、混合されることができる。白色光の生成に関して欠けている第3のスペクトル色は、この場合、短波長において放射する発光ダイオード上の部分的に透明な蛍光コーティングによって、及び短波長の光を長波長の光にする部分的な変換によって、付加されることもできる。設定されるべき何らかの所望の種類の色の混合に関する要件が存在する場合、ソースは、前記スペクトルの第1及び第2領域において放射する発光ダイオードのみではなく、前記スペクトルの第3領域において放射する更なる発光ダイオードも備えていなければならない。
色が変化し得る及び経時的に変化し得る光の放射に関して、このことは、それぞれスペクトルの第1、第2及び第3領域において放射する発光ダイオードに対する第1、第2及び第3の供給電圧が存在し、前記供給電圧が互いに独立設定されることができる場合、有利である。前記発光ダイオードを通過する電流の振幅及び/又は経時的な変化は、前記供給電圧によって調整される。
色空間のできるだけ広い部分における色の生成に関して、このことは、前記スペクトルの第2領域において放射する前記発光ダイオードの最大放射が前記スペクトルの赤領域におけるものであり、かつ、前記スペクトルの第3領域において放射する前記発光ダイオードの最大放射が前記スペクトルの青領域おけるものである場合にも、有利である。特に、前記スペクトルの前記赤及び青領域において効率的な非有機LEDが、利用可能である。
均一な白色光が生成されている場合、効率的な緑色の有機LEDの使用によって、緑色LEDの数が、非有機の緑色LEDを有する装置と比較して、ほぼ半減されることが可能である。従って、均一な白色光が、非常に少ない数の赤色、緑色及び青色LEDによって生成されることができる。構成要素の数において既に指摘されている減少と同様に、前記第1、第2及び第3供給電圧が、この仕方においてより良好にバランスをとられることができ、このことによって、前記駆動回路のコストは減少され、この結果、高い信頼性を得る。
高い色レンダリング指数を有している白色光を生成するために、必要とされるものは、前記スペクトルの第4の領域において放射する少なくとも1つの第4の発光ダイオードある。使用されているスペクトルの領域の数と一致して、互いに独立に設定されることができる更なる供給電圧が利用可能にされる必要がある。例えば、前記スペクトルの青‐緑色領域において放射する有機LEDに加えて、前記スペクトルの黄色領域において放射する有機LEDが使用されても良い。この場合も、均一な白色光は、スペクトルの緑及び隣接している領域における有機LEDと、前記スペクトルの赤又は青及び隣接している領域における非有機LEDとを使用することにより、前記スペクトルの異なる領域におけるLEDの非常に少ない数によって生成されることができる。このようにして、少数の構成要素及び良好にバランスのとられた供給電圧の点においても、利点が得られる。
空間内に光を分散させる付加的なリフレクタ装置を有する全ての前記発光ダイオードによって放射される光を混合する装置によって、円錐形及び平面式に放射する発光ダイオードの本発明による組み合わせにより、少なくとも、平面式に放射する前記有機発光ダイオードのための前記リフレクタ装置の節約がなされ、かつ、前記リフレクタ装置のコストが、このようにして全体として減少されることができる。
上面及び下面と複数の側面とを持つ光ガイドパネルを含む全ての前記発光ダイオードによって放射される光を混合する装置において、平面式に放射する有機LEDからの光は、前記上面及び/又は下面を介して結合導入される(coupled in)ことができるのに対し、前記nLEDからの光は、少なくとも1つの側面を介して結合導入されることができる。この場合も、必要とされるLEDの数は、nLEDを、平面式に放射する有機LEDに置き換えることによって、(特に、緑色の有機LEDの使用がされる場合)減少されることができる。結合導入される前記光は、前記光ガイドパネル内の反射によって混合され、前記光ガイドパネルの表面に対して垂直に散乱することによって再び結合導出(coupled out)される。
他の実施例において、空間内に閉じられている湾曲された拡散面により、非常に大きい立体角に渡って放射する発光体であって、本発明による発光ダイオードの装置が前記拡散面内に配されている発光体は、より小型の形態において製造されることができる。
本発明のこれら及び他の見地は、以下に記載する実施例を参照して明らかになり、説明されるであろう。
図1は、均一な強度及び色の光を生成する赤10、緑12及び青14の非有機LEDの典型的な装置の平面図であり、前記非有機LEDは、前記のようなnLED10、12及び14を電気的に駆動するのに使用されるプリント回路基板40上にある。均一な強度及び色の光が、全ての前記発光ダイオードによって放射される光を混合する装置(図示略)によって、生成される。この混合装置の構成は、以下に記載されるように、種々の仕方で実行されることができる。緑の非有機LEDの低い効率のため、赤のLED10又は青のLED14の2倍の数の緑のLED12が、許容可能な輝度を有する白色光を生成するのに必要とされる。
図2は、LED10、14及び22を電気的に駆動するのに使用されるプリント回路基板40上の、点形態の赤10及び青14の非有機LEDと平面型の緑の有機LEDとの本発明による装置の平面図である。平面から見ると、非有機LED10及び14が、有機LED22によって包囲されている。「包囲」なる語は、この場合、当該平面図において投影されている位置(projected position)のみを指している。側面から見ると、前記非有機LEDは、放射の方向において、前記有機LEDの下方に、前記有機LEDと同じレベルに又は前記有機LEDよりも上方に、配されることができる。非有機LEDが有機LED22の上方に配されている場合、有機LED22は、nLEDの前記投影されている位置における切抜きを有することなく、一定の厚さの連続的な表面を有することもできる。図1及び2に示されている装置の比較によって、本発明による装置が有する実質的な利点が明らかになる。一方では、効率的な緑の有機LEDの使用によって、同じ輝度に対して、LEDの数が、4個(図1:1×赤、2×緑、1×青)から3個(図2:1×赤、1×緑、1×青)に減少されることができ、構成要素のコストが、対応する仕方で減少されることができる。図2に示されている装置は、等しい数の異なる色の有機及び非有機LED(1つの緑、1つの赤、及び1つの青)を有する。このことは、図1における緑のLED12が直列に接続されている場合に印加される供給電圧のより良好なバランスと、緑のLED12が並列に接続された場合における供給電流のより良好なバランスとの結果として、電子駆動システムの単純化に関しての利点を有する。前記緑の有機LEDに対する赤10及び青14の非有機LEDに関して、図2に示されている空間内の装置は、単なる一例であり、本発明をこの幾何学的配置に限定するものではない。同様に、緑の有機LED22は、示されている正方形の外側の形状のみでなく、他の形状であることもできる。緑の有機LED22が、同じ放射特性を有する複数の電気的に接続されているサブLEDから構成されることも可能であり、前記サブLEDは、平面式に放射する1つの有機LEDから一緒に形成される。
図3において、フラットスクリーン内のバックグランド照明のための平面の発光体の典型的な実施例が、区間A−A'の面における平面図D及び側面図Sに示されている。この場合、前記発光ダイオードの全てによって放射された光を混合する装置は、更に、上面、下面及び複数の側面を持つ光ガイドパネル30を有しており、前記光ガイドパネルの前記側面に、プリント回路基板41上に取り付けられている赤10、緑12及び青14の非有機発光ダイオードからの光が、結合導入される。白色光の均一な放射のために、結合導入された前記光は、前記光ガイドパネル内の散乱中心によって、結合導入の方向に垂直な、拡散面(図3において図示略)の方向に結合導出される。図1に示されている実施例のように、この場合にも、緑の非有機発光ダイオード12の数は、これらの低い効率のために、赤のnLED10及び青のnLED14の数の2倍である。
図4aは、図3に示した装置の回路図であり、電源電圧70と、異なる色のnLEDの3つの集合のための3つの供給ライン100、120及び140とが設けられている。スペクトルの同じ領域において放射するLEDの全ては、この場合、直列に接続されており、このことは、同じ電流が、前記LEDを介して流れ、前記LEDは、同じ量の光を放射することを意味する。スイッチ56、ダイオード58、インダクタ66及びコンデンサ68は、レデューサを形成している。スイッチ56の適切な操作の結果として、コントローラ74は、前記レデューサからの出力電圧VOを、前記出力電圧がコンパレータ72内で比較される基準電圧VREFに設定する。スイッチ50、52及び54によって、供給ライン100、120及び140上の電流それぞれは、経時的に変調される。抵抗60、62及び64は、スイッチ50、52又は54がオンに切り換えられた場合の供給ライン100、120及び140それぞれにおける前記電流の振幅を決定する。赤10、緑12及び青14のnLEDの数の間に大きな違いがあるため、制御電子回路は、前記赤、緑及び青のnLEDのための3つの供給ラインにおいて大幅に異なる電圧降下に対応しなくてはならない。このことは、前記電子回路に対する要請を、全ての前記供給ライン上にかなり類似の電圧降下がある場合におけるものよりも、大きくし、このことは、明らかに、前記のような駆動システムの製造コスト及び信頼性において好ましくない仕方となる。3つの供給ライン100、120及び140における電圧降下は、図4bに示されているように、幾つかの緑のnLED12(供給ライン122及び124)の並列接続によって、互いに整合されることができる。しかしながら、供給ライン120を介して流れる緑のnLED用の合計電流は、個々の緑のnLEDを介して流れる電流を一定に保持するために、更に大きくなる。しかしながら、結果として、前記3つの供給ラインを介する電流は、かなり異なるものになり、この結果、幅広く異なる電圧降下を伴って存在する前記供給ラインと類似の不利な点を生じる。また、2つの抵抗62及び63は、供給ライン120を通過する電流が、平行な供給ライン122及び124における十分な均一性を有して分配されるように、比較的大きいものでなければならない。図4a及び4bに示されている回路図は、LED駆動システムの実施例を表している。これらの回路図と同様に、他の様々なものが可能であるが、これらも上述の問題を被るものである。
フラットスクリーンのバックグラウンド照明に関して図5に示されている実施例は、非有機LED10及び14と平面状の有機LED22とによって放射される光を混合する本発明による装置の区間B−B'の面における平面図D及び側面図Sである。この場合、プリント回路基板41上に取り付けられている赤10及び青14の非有機LEDからの光は、図3のように横方向に結合導入されている。図3と比較して、全ての前記緑の非有機LEDが取り除かれているが、前記赤及び青のLEDの位置及び数は変化されていない。緑の光は、この場合、平面式に放射する有機LED22によって(図5における区間B−B'の面における側面図も参照)前記のような上部及び下部から結合導入されている。同様に、前述の図2の場合のように、示されている当該装置は、可能な一実施例を表しているのみであり、前記LEDの形状、位置及び数に関して限定するものと解釈してはならない。
緑の有機LEDのより良好な効率によって、赤10及び青14のLEDの数と一致された数の緑のLED22を設けることが可能になる。図5に示した本発明による装置は、図6に示したLED駆動システムによって動作されることができる。このようにして実現されることができる非常に類似の数の異なる色のLEDによって、3つの供給ライン100、220及び140における電圧降下の間の良好なバランスが、達成されることができるようになり、このことは、図4a及び4bに示されている駆動システムと比較して、前記制御電子回路に対する要請を減少することができ、従って、前記駆動システムの構成要素のコストを減少し、前記駆動システムの信頼性を向上する。
均一な白色光を生成する非有機LEDの典型的な装置が図7aに示されており、これは、図1に対応しているが、示されている区間X−X'の付加的な平面を有する。図7bは、2つの隣接する赤のLED10によって放射される光1、2の2つの円錐を示している区間X−X'の面における側面図である。隣接する赤、緑、及び青のLEDによって放射される光の均一な混合は、同じ色の隣接するLEDからの光の円錐が重複する場合に、存在する。前記LEDからの距離であって、光路内に組み込まれた何らかの付加的なリフレクタ装置によって完全な混合が得られる距離が、図7bにおいてD1として示されている。
均一な白色光を生成する本発明による対応する装置が、図8aに示されている。この場合、図7aと比較して、緑の非有機LED12が、赤い及び青の非有機LEDと置き換えられており、平面状の緑の有機LED22によって包囲されている。図2におけるように、この場合においても、「包囲」なる語は、平面内の非有機LEDの投影されているもののみに関するものである。側面から見ると、非有機LEDは、放射の方向で見て、有機LED22の上方に、有機LED22と同じレベルに又は有機LED22の下方に位置されることができる。前記nLEDが有機LED22の上方に配されている場合、有機LED22は、前記のようなnLEDの、前記のような投影されている位置における切抜きを有さずに、一定の厚さの連続的な領域を有することもできる。図8bは、図8aに示されている装置の区間Y−Y'の面における側面図である。緑の非有機LED12が、赤又は青のnLEDによって置き換えられているので、円錐形に放射する赤10及び青14の非有機LEDは、互いに近くに位置されている。結果として、同じ色の非有機LEDからの光3及び4の円錐形の重複は、D1よりもかなり小さい距離D2において、開始する(均一な色の混合が達成される)。図8a及び8bに示した非有機及び有機LEDの本発明による装置によれば、均一な光を放射する平面状の光源の全体奥行きが、かなり減少されることができる。欧州特許出願第03101926号に記載されている、平面状の、均一な放射光源の全体奥行きを減少させる複雑なリフレクタ装置であって、該装置内には、鏡を設けられた側壁における複数の反射によって光の混合のために点形態において放射する非有機LEDからの横方向の光が存在する装置は、平面式に放射する前記有機LEDによって、完全に又は少なくとも、不要にされることができる。
本発明による他の実施例は、本発明による他の実施例は、図9に示されている。この場合、円錐形状に放射する非有機発光ダイオードと、平面式に放射する有機発光ダイオードとは、図2及び/又は図8aに示されている仕方でプリント回路40上に配されており、該プリント回路基板40は、担体5における空間内の異なる方向に取り付けられている。空間のボリューム6において、すべての前記発光ダイオードから到来する有色光は混合し、白色光を形成する。拡散面34は、光の均一な混合に必要な距離に取り付けられており、大きい立体角に渡って放射されるべき均一な強度の光を生じる。有機及び非有機発光ダイオードの本発明による装置は、図2及び図8aに示されているように、拡散面34に関して、有利な、より小型の構造及び小さい直径を可能にする。図9の拡散面に関して示されている球形は、単なる一例であって、一実施例におけるものであり、他の湾曲されている及び物理的に連続的な形状を考えることも可能である。
非有機及び平面状の有機LEDの製造は、当業者にとって知られているものである。例えば、スパッタリング、蒸着及びプリントのような既知の技術が、非有機LEDと係合するための箇所に切抜きを有する図2及び/又は図8aに示されている構造の有機LEDを製造するのに使用されることもできる。薄い層に対するこれらの製造工程に、非構造基板だけでなく、例えば、非有機LEDと係合するための箇所に孔を有する基板も使用されることができる。有機LEDの層状構造の構造化は、マスクを採用するコーティング工程によって、リソグラフィ及びエッチング工程によって、並びにプリント工程によって達成されることができる。
上述の実施例は、発光体の可能な例を示しているのみであり、本発明をこれらの例に限定するものであるとみなしてはならない。
Claims (11)
- − スペクトルの第1領域において平面式に放射する少なくとも1つの有機発光ダイオードと、
− 前記スペクトルの第2領域において円錐形に放射する少なくとも1つの非有機発光ダイオードと、
− 拡散面を含んでいる前記のようなダイオードの全てによって放射された光を混合する装置と、
を有する均一な強度及び色の光を放射する発光体。 - 前記スペクトルの第1領域において平面式に放射する前記有機発光ダイオードの最大放射が、前記スペクトルの緑領域におけるものであることを特徴とする、請求項1に記載の発光体。
- 請求項1及び2の何れか一項に記載の発光体であって、前記発光体は、前記スペクトルの第3領域において放射する少なくとも1つの非有機又は有機発光ダイオードも有していることを特徴とする、請求項1及び2の何れか一項に記載の発光体。
- 前記スペクトルの前記第1、第2及び第3領域においてそれぞれ放射する前記のような発光ダイオードのための第1、第2及び第3供給電圧が、前記発光体によって放射される光の色が変化されるのを可能にするように、互いに独立に設定されることができることを特徴とする、請求項3に記載の発光体。
- 前記スペクトルの前記第2領域において放射する前記発光ダイオードの最大放射が、前記スペクトルの赤領域におけるものであり、前記スペクトルの前記第3領域において放射する前記発光ダイオードの最大放射が、前記スペクトルの青領域におけるものであることを特徴とする、請求項3に記載の発光体。
- 前記スペクトルの前記第1、第2及び第3領域において放射する前記発光ダイオードの数が、実質的に同一であることを特徴とする、請求項5に記載の発光体。
- 前記発光体は、前記スペクトルの少なくとも1つの更なる領域において放射する更なる非有機又は有機発光ダイオードを有することを特徴とする、請求項3に記載の発光体。
- 前記スペクトルの少なくとも1つの更なる領域において放射する前記発光ダイオードのための少なくとも1つの更なる供給電圧が、前記発光体によって放射される、高い色レンダリング指数を持つ、前記光の色が、変化されるのを可能にするように、他の前記供給電圧と独立に設定されることができることを特徴とする、請求項7に記載の発光体。
- 前記スペクトルの前記第1領域において放射する前記有機発光ダイオードが、前記拡散面を直接的に照射し、全ての前記発光ダイオードによって放射される光を混合する前記装置が、前記非有機LEDと前記拡散面との間にリフレクタ装置を含んでおり、前記リフレクタ装置は、前記非有機発光ダイオードによって円錐形に放射される光を、空間内に、拡散することを特徴とする、請求項1ないし8の何れか一項に記載の発光体。
- 全ての前記発光ダイオードによって放射された光を混合する前記装置が、光を結合導入する、分配する及び結合導出するための上面、下面及び複数の横方向の面を持っている、光ガイドパネルを含んでおり、前記非有機発光ダイオードからの光は、少なくとも1つの横方向の面によって結合導入され、前記有機発光ダイオードからの光は、前記上面及び/又は前記下面によって結合導入されることを特徴とする、請求項1ないし9の何れか一項に記載の発光体。
- 全ての前記発光ダイオードによって放射された光を混合する前記装置は、自身の内部で、湾曲されている、物理的に連続的な拡散面を有しており、前記発光ダイオードは、大きい立体角を照明するために前記拡散面の内部に配されていることを特徴とする、請求項1ないし10の何れか一項に記載の発光体。
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