JP2008515143A - 照明システム - Google Patents

Abstract

照明システムは、剛性の、透光性基板１１上に配されている少なくとも１つの有機発光ダイオード１を有する。前記有機発光ダイオードは、前記有機発光ダイオードに電力を供給するための第１電極３及び第２電極４を含んでいる。前記基板は、前記有機発光ダイオードから外方に向いている側において、透光性導波路１５上に配されている。前記導波路は、前記有機発光ダイオードから外方に向いている側において、前記有機発光ダイオードによって発せられた光を結合導出する手段２５を備えている。動作中、前記有機発光ダイオードによって生成された光は、前記基板及び前記導波路を介して進行し、前記照明システムによって、前記導波路にほぼ垂直な方向に発せられる。好ましくは、前記照明システムは、前記透光性導波路上に配されている複数の有機発光ダイオードを有している。本発明によれば、前記照明システムによる光の放射が、改善される。

Description

本発明は、少なくとも１つの有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を有する照明システムに関する。

前記のような照明システムは、これ自体は知られている。前記照明システムは、特に、（画像）表示装置、例えば、テレビジョン受信機及びモニタのバックライトとして使用されている。前記照明システムは、特に、（携帯用）コンピュータ又は（コードレス）電話機において使用されている液晶表示装置（ＬＣＤパネルとも称される）非放射表示器用のバックライトとして適切に使用されることができる。本発明による照明システムの他のアプリケーションの分野は、紙の機能を引き継いでいる表示装置における使用であって、しばしば「電子ペーパ」又は「ペーパホワイト」アプリケーション（電子新聞、電子日誌）と称される。本発明による照明システムは、更に、汎用の照明目的に、及び、例えば、信号、輪郭及び広告掲示板において利用されているような、広域直視型の発光パネルに使用される。更に、前記のような照明システムは、電子写真印刷エンジンにおいて使用される。

有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、通常、２つの電極（例えば、陰極及び陽極）の間に配される。前記のような電極に電源からの電圧を印加すると、前記ＯＬＥＤは、連続的な発光領域を提供する。

ドイツ国実用新案登録出願第DE-U 202 07 799号は、乗物の指示ランプとして使用するための照明システムを記載している。前記のような既知の照明システムは、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を有している箔を備えている、剛性の、非透過性基板を有している。既知の照明システムの実施例において、複数のＯＬＥＤ箔が、可撓性の支持体上で組み合わされている。前記既知の照明システムの不利な点は、前記有機発光ダイオードが、所望のアプリケーションにおいて十分な照明を提供するために十分に明るくないことにある。

本発明の目的は、上述の不利な点を、全面的に又は部分的に取り除くことにある。

本発明によれば、前記のような目的は、
− 剛性かつ透光性（translucent）のある基板上に配されている少なくとも１つの有機発光ダイオードであって、前記有機発光ダイオードに電力を供給する第１及び第２の電極を含んでいる、有機発光ダイオードと、
− 前記有機発光ダイオードから外方に向いている側において、透光性のある導波路上に配されている、基板と、
− 前記有機発光ダイオードから外方に向いている側において、前記有機発光ダイオードによって発せられる光を結合導出するための手段を備えている前記導波路と、
を有する照明システムであって、
− 動作中、前記発光ダイオードによって生成された光は、前記基板及び前記導波路を介して進行し、前記照明システムによって、前記導波路にほぼ垂直な方向に発せられている、
照明システムによって達成される。

前記有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を透光性基板上に配することによって、前記ＯＬＥＤによって生成される光は、前記基板を介して容易に伝播する。更に、前記有機発光ダイオードから外方を向いている側における前記基板が前記のような透光性導波路と光学的に結合するように配することによって、前記発光ダイオードは、前記導波路内の光の伝播が促進される。前記有機発光ダイオードから外方を向いている側において、前記導波路に、前記有機発光ダイオードによって発せられた光を結合導出する手段を備えさせることによって、前記照明システムは、動作の際、前記導波路にほぼ垂直な方向に光を発する。本発明による照明システムによって発せられる光は、基本的に、等方性のものである。本発明によれば、ＯＬＥＤを有する照明システムは、改善されたブライトネスを備えており、即ち、光源からの単位面積当たりの光が増大される。前記基板に、このような態様で導波路上の前記ＯＬＥＤを配することによって、通常、前記基板内に捕捉される前記光は、光損失無しに又は最小の光損失によって、前記基板において、結合導出される。

好ましくは、前記のような、剛性の、透光性基板は、ガラス製である。ガラスは、光学的に透明であり、約１．４５の屈折率を有している。ガラスシートは、比較的高い平坦性を有して製造されることができ、欠陥を伴わない有機発光ダイオードの比較的広い領域の堆積を容易にする。

表示装置の有効視野面積を増大させる傾向がある。このようなアプリケーションは、同質の均一な態様において光を発する比較的広い照明領域を有する光源を必要とする。製造の観点から、単一の、広領域のＯＬＥＤを、欠陥なしに設けることは、容易ではない。このため、本発明による照明システムの好適実施例は、前記照明システムが、前記透光性導波路上に配されている複数の有機発光ダイオードを有することを特徴としている。前記透光性導波路上に配されている多数のＯＬＥＤを有する前記のような配置は、いくつかの有利な点を有する。複数のＯＬＥＤを配することによって、比較的広い照明領域を備える照明システムが、実現されることができる。このような照明システムにおいて、前記ＯＬＥＤは、好ましくは、互いに隣接して設けられる。前記照明システムのこの好適実施例の更なる利点は、異なる色のＯＬＥＤ、例えば、赤、青及び緑のＯＬＥＤの混合、又は赤、琥珀青及び緑のＯＬＥＤの混合が、使用されることができることにある。好ましくは、前記のような複数の異なる色のＯＬＥＤによって発せられた光は、例えば、所定の色温度の光が前記照明システムによって発せられるような態様で、導波路内で混合される。複数のＯＬＥＤを使用することにより、個々の、誤動作しているＯＬＥＤの交換が容易になる。交換の際には、自身の基板を含んでいるＯＬＥＤは、前記導波路から容易に取り除かれることができ、基板上に設けられている他のＯＬＥＤが、前記導波路内又は前記導波路上の同じ場所に配される。前記照明システムのこの好適実施例の他の利点は、前記ＯＬＥＤが並列に給電されることもでき、又はＯＬＥＤ（の群）が別個に給電されることもできることにある。このことは、前記照明システムによる多様な照明モードの実現を可能にする。或るＯＬＥＤをオン及びオフに切り換えることにより、及び／又は前記ＯＬＥＤに流れる電流を調整することにより、前記照明システムによって発せられた色が影響を受けることができる、及び／又は前記色温度が適応化されることができる。個々のＯＬＥＤ又はＯＬＥＤの群の光束を、照明装置上に表示されるべき画像の条件に応じて制御することにより、前記表示されるべき画像のコントラストが、強調されることができる。例として、前記表示装置によって表示されるべき画像の照明レベルが、比較的低い、例えば、ビデオ映画における夜間の条件におけるシーンの場合、前記ＯＬＥＤの光出力の対応する減少が実現されることができる。この場合、前記照明システムは、前記表示装置を照明するために比較的少量の光を結合導出する。前記照明装置のピクセルは、前記照明システムによって発せられる光を減少するためにピンチ（pinch）される必要がない。この態様において、前記表示装置のピクセルの透過性は、高いコントラストの画像を表示するのに最適に使用されることができる。この態様において、前記表示装置によって表示されるべき画像比較的低い照明レベルにも拘らず、高コントラストの画像が得られる。

好ましくは、ＯＬＥＤ（の群）の光束は、制御回路によって制御される。このことは、前記のような制御回路が、周囲照明（ambient light）の色温度を測定するセンサのようなセンサによって、コンピュータ（パソコン）のようなビデオカードによって、及び／又はコンピュータプログラムの駆動ソフトウェアによって、アセンブリのユーザによって影響されることができる場合、特に適している。前記ＯＬＥＤによって発せられる光の量は、関連する有機発光ダイオードの光束を変化させることによって調整される。この光束の制御動作は、一般には、非常に、エネルギ効率の良い態様で行われる。例えば、ＯＬＥＤは、あまり光出力の損失を伴うことなく低輝度にされることができる。

好ましくは、前記基板の側面は、反射性のものである、又は、鏡の反射層を備えている。このことは、前記照明システムにおける前記のような損失を低減する。

本発明による前記照明システムの好適実施例は、前記基板の側面が先細りにされており（tapered）、前記基板が光放射の方向に広がっていることを特徴としている。この態様において、くさび形の基板が得られる。前記基板を介して進行し、前記先細りにされている側面に当たる光は、前記基板の前記ＯＬＥＤから外方を向いている側に向かって反射される。

本発明による照明システムの代替的な、好適実施例は、前記基板の少なくとも一部が、前記導波路内に埋め込まれていることを特徴とする。前記導波路に、噛み合わせ部（indented portions）を設けることによって、前記ＯＬＥＤの挿入が容易にされる。更に、側面の縁部から発せられる光は、前記導波路によって捕捉される。

好ましくは、前記導波路の側面は、反射性のものである又は鏡の反射層を備えている。このことは、前記照明装置における前記損失を低減する。

好ましくは、前基板及び前記導波路の屈折率は、ほぼ同じである。前記照明システムの好適実施例において、前記基板及び前記導波路は、同じ、剛性の、材料、例えば、ガラスから作られている。前記基板及び前記導波路の屈折率の間に不整合が存在する場合、この不整合は、比較的小さいのが好ましい。このため、本発明による照明システムの好適実施例は、前記基板の屈折率と前記導波路の屈折率との間の屈折率ステップが、０．５以下であることを特徴とする。前記導波路の屈折率は、好ましくは、前記基板から前記導波路への光の導出結合を促進するように、前記基板の屈折率よりも大きい。この態様において、前記導波路は、前記基板上の非反射層として機能する。好ましくは、前記基板と前記導波路との間の光学的接触は、屈折率整合流体（index-matching fluid）によって促進される。

前記照明システムのブライトネスは、前記基板から外方に向かっている方向に前記ＯＬＥＤによって発せられた光を遮断する及び／又は反射することによって更に改善されることができる。このため、本発明による照明システムの好適実施例は、前記基板から外方に向いている電極が、前記有機発光ダイオードによって前記基板に向かって発せられた光を反射するために反射性に作られていることを特徴とする。

本発明による照明システムの好適実施例は、前記導波路が、前記有機発光ダイオードによって発せられた光の一部を異なる色に変換する発光材料によって覆われていることを特徴とする。例えば、青ＯＬＥＤが、白色光を生成する黄色蛍光体を励起させるのに使用され、又は緑ＯＬＥＤが、黄色光を生成する黄色蛍光体を励起するのに使用される。発光材料を使用することの有利な点は、前記導波路からの光の導出結合が促進されることにある。

本発明のこれら及び他の見地は、以下に記載される実施例及び添付図面を参照して、明らかになり、説明されるであろう。

前記図面は、単に模式的なものであって、縮尺で描かれているものではない。特に、幾つかの寸法は、明確さのために、強調して誇張されている形状で示されている。図面内の類似の構成要素は、できる限り、同じ符号によって示されている。

図１は、模式的に、本発明による照明システムの実施例の断面図を示している。前記照明システムは、剛性の透光性基板１１上に堆積されている少なくとも１つの有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）１を有している。前記のような透光性基板は、好ましくは、ガラス製である。前記基板の厚さは、典型的には、０．７ｍｍである。図１の例において、基板１１の側面は、鏡の反射層１２、１２'を備えている。更に他の実施例において、前記基板の側面は、先細りにされており（図２Ａ参照）、前記基板は、光の放射の方向に広がっている。

ＯＬＥＤ１は、有機発光ダイオード１に電力を供給する第１電極３と第２電極４との間に配されている少なくとも１つの有機層２、２'（図１の例において、２つの有機層が示されている）を有する。参照された前記電極の一方３は、陽極として振る舞い、光学的に透光性を有する電極から作られており、好ましくは、インジウムすず酸化物から作られている。参照された前記電極の他方４は、陰極として振る舞い、例えば、バリウム／アルミニウム、マグネシウム／アルミニウム、フッ化リチウム／アルミニウム、セシウム／アルミニウム、マグネシウム／銀のような、金属層から作られているのが好ましい。前記陽極及び前記陰極の相対位置は、基板１１に対して反対にされることができる。有機層２、２'と前記基板との間の電極３は、有機層２、２'から発せられた光の基板１１内への通過を可能にするように、透光性のある透明材料から作られている。前記有機発光ダイオードは、電源（図１において図示略）からの電圧が電極３、４間に印加されると、光を発する。ＯＬＥＤ１は、有機層２、２'と電極３、４との組み合わせを称している。ＯＬＥＤ１の典型的な厚さは、２００ｎｍである。図１において、５、６と称されている層は、接触金属層である。複数の補助的なメタライゼーション層５'及び６'が、前記のようなパッケージの外側から前記ＯＬＥＤへの接触を提供するために含まれている。

前記基板から外方を向いている側において、ＯＬＥＤ１は、覆い蓋（cover lid）８によって覆われている。ＯＬＥＤ１と前記覆い蓋との間の空間は、ゲッタ９を備えている。覆い蓋８は、封止部７を介して前記電極上に取り付けられている。ゲッタ９は、ＯＬＥＤ１に対して所望の雰囲気を提供し、特に、ＯＬＥＤ１の周辺における如何なる水及び酸素も吸収する。

有機発光ダイオード１から外方を向いている側において、基板１１は、透光性の導波路１５上に配されている。前記導波路は、好ましくは、剛性の透光性材料、好ましくは、ガラス又はポリメチルメタクリル樹脂（ｐｍｍａ）、ポリカーボネート又はポリエチレンテレフタル（ＰＥＴ）から作られている。好ましくは、導波路１５の側面は、反射性に作られている又は鏡の反射層１６、１６'を備えている。

導波路１５の有機発光ダイオード１から外方を向いている側において、前記導波路は、有機発光ダイオード１によって発せられた光を結合導出する手段２５を備えている。前記のような手段１５は、これ自体はよく知られており、例えば、導波路１５上に設けられている箔又はコーティングを有する、又は導波路１５内に埋め込まれている溝を有する。動作時、有機発光ダイオード１によって生成された光は、基板１１及び導波路１５を介して進行し、前記導波路１５にほぼ垂直な方向に（図１における広い矢印を参照）、前記照明システムによって発せられる。本発明による前記照明システムによって発せられた光は、等方性を有する。

上述の態様で、導波路１５上のＯＬＥＤ１を基板１に配することにより、通常、基板１１内に捕捉される光は、光損失なしに又は最小の光損失で、基板１１から結合導出される。本発明による照明装置の有利な点は、前記有機発光ダイオードによって発せられた光からの光の導出結合が大幅に改善されることにある。既知の照明システムにおいて、前記ＯＬＥＤと前記導波路との間の結合は、比較的に非効率的なものであり、即ち、前記ＯＬＥＤによって発せられる光の約５０％は、前記導波路内に入らない。更に、前記導波路内の光の約５０％のみが、前記導波路によって発せられる。この結果、前記ＯＬＥＤによって発せられる光の導出結合は、わずか約２５％である。本発明によるＯＬＥＤ１、基板１１及び導波路１５の前記のような配置の結果、大幅に多くなった量の光が前記照明システムから結合導出される。

基板１１及び導波路１５の屈折率は、実際に、同じであるのが好ましい。好ましくは、基板１１と導波路１５とは、両方、同じ剛性の材料、好ましくはガラスから作られている。基板１１及び導波路１５の屈折率の間に不整合が存在する場合、例えば、基板１１がガラス（屈折率ｎ＝１．４５）製であり、導波路１５がｐｍｍａ（屈折率ｎ＝１．４９）製である場合、このような不整合は、好ましくは比較的小さい。この場合、基板１の屈折率と導波路１５の屈折率との間の屈折率のステップは、０．５よりも小さい。導波路１５の屈折率と基板１１の屈折率との間の差が存在している場合、導波路１５の屈折率は、前記基板の屈折率よりも高いのが好ましい。前記のような差は、基板１１から導波路１５への光の導出結合を促進する。この態様において、導波路１５は、前記基板上の非反射層として機能する。屈折率整合流体（図１において図示略）が、基板１１と導波路１５との間の光結合を促進するように、基板１１と導波路１５との間に設けられることもできる。前記屈折率製合流体の反射率は、好ましくは、基板１１及び導波路１５の屈折率の間のものである。

更に、前記導波路は、前記有機発光ダイオードによって発せられた前記光を異なる色に変換する発光材料によって覆われていることができる。例えば、青ＯＬＥＤは、白色光を生成する黄色蛍光体を励起させるのに使用される。他の例においては、緑ＯＬＥＤは、黄色光を生成する黄色蛍光体を励起させるのに使用される。更に他の例において、ＵＶ−Ａ発光ＯＬＥＤが、白色光を生成する青色蛍光体を励起するのに使用される。半導体ナノ粒子が、発光材料として使用されることもできる。前記のような材料は、１及び１０ｎｍの間の特徴的な粒子を有しており、好ましくは、ＩＩ−Ｖ、ＩＩ‐Ｖ又はＩＶ族の材料から作られている。

図２Ａは、透光性導波路上に配されている複数の有機発光ダイオードを有する照明システムの第１実施例の断面側面図を非常に模式的に示している。明確さの理由のため、複数の有機発光ダイオードの各々が、１と称されている。ＯＬＥＤ１の各々は、基板１１上に配されている。基板１１上に配されている複数のＯＬＥＤ１は、透光性導波路１５上に配されている。図２Ａにおいて、ＯＬＥＤ１の配置が一次元で示されている。好ましくは、前記導波路上のＯＬＥＤ１の配置が、二次元の配置の、２つの相互に直交する方向に延在しているＯＬＥＤ１である。

図２Ａおいて例示されているように複数のＯＬＥＤ１を配することによって、比較的大きい照明領域を有する照明システムが実現される。前記のような照明システムにおいて、異なる色のＯＬＥＤ、好ましくは、例えば、赤、青及び緑のＯＬＥＤの混合、赤、琥珀青及び緑のＯＬＥＤの混合、又は他の適切な色の混同が使用されるのが好ましい。結果として、所定の色の光が、前記照明システムによって発せられる。複数のＯＬＥＤの使用によって、個々、誤動作しているＯＬＥＤの交換が容易される。交換の際、自身の基板を含んでいる前記ＯＬＥＤは、前記導波路から容易に取り除かれ、基板上に設けられている他のＯＬＥＤが、前記導波路上の又は前記導波路内の同じ位置に配される。或るＯＬＥＤをオン及びオフに切り替えることにより、又は前記ＯＬＥＤにおける電圧を調整することにより、前記照明システムによって発せられた光は、影響をうけることができる、及び／又は色温度が適応化されることができる。更に、ＯＬＥＤの個々の又は群の光束を、表示装置上に表示されるべき前記画像の条件に応じて制御することによって、表示されるべき前記画像のコントラストが強調されることができる。前記ＯＬＥＤ（の群）の光束は、好ましくは、制御回路によって制御される。

図２Ａに示されている例において、前記基板の側面１３、１３'は先細りにされており、基板１１は、光の放射の方向に広がっている。この態様において、くさび形の基板１１が得られる。基板１１を介して進行し、先細りにされている側面１３、１３'に当たる光は、ＯＬＥＤ１から外方を向いている基板１１の側面に向かって反射される。

図２Ｂは、透光性導波路上に配されている複数の有機発光ダイオードを有している前記照明システムの第２実施例の側面図を、非常に模式的に示している。明確さの理由のため、複数の有機発光ダイオードの各々が、１と称されている。ＯＬＥＤの各々１は、基板１１上に配されている。基板１１上に配されている複数のＯＬＥＤ１は、透光性の導波路１５上に配されている。図２Ｂにおいて、前記導波路上のＯＬＥＤ１の配置は、一次元で示されている。好ましくは、ＯＬＥＤ１の配置は二次元配置であり、ＯＬＥＤ１は、２つの相互に垂直な方向に延在している。

図２Ｂに示されている例において、基板１１の少なくとも一部は、導波路１５内に埋め込まれている。このため、導波路１５は、噛み合わせ部を設けられており、ＯＬＥＤ１を有する基板１１の導波路１５内への挿入を容易にしている。図２Ｂの例において、導波路１５内の前記噛み合わせ部は、基板１１全体が導波路１５内に埋め込まれることができるように、作られている。この態様において基板１１を取付けることによって、基板１１の側面の縁から発せられる光が導波路１５によって捕捉されるので、当該照明システムにおける光損失を更に減少する。

上述の実施例は、本発明を限定するというよりも、説明しているものであり、当業者であれば、添付請求項の範囲から逸脱することなしに、多くの代替的な実施例を設計することができるであろうことに留意されたい。前記請求項において、括弧内に置かれた如何なる符号も、請求項を限定するようにみなしてはならない。「有する」という語は、請求項に記載されていない構成要素又はステップの存在を排除するものではない。単数形の構成要素は、複数のこのような構成要素を排除するものではない。本発明は、幾つか別個の構成要素を有するハードウェアによって、及び適当にプログラムされたコンピュータによって実施化することができる。いくつかの手段を列挙している装置請求項において、これらの手段の幾つかは１つの同じハードウェアの項目によって、実施化することができる。特定の手段が、相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利になるように使用されることができないと示すものではない。

本発明による照明装置の実施例の断面図である。 透光性導波路上に配されている複数の有機発光ダイオードを有する前記照明システムの第１実施例の断面図である。 前記透光性導波路上に配されている複数の有機発光ダイオードを有する前記照明システムの第２実施例の側面図である。

Claims (11)

1. − 剛性かつ透光性の基板上に堆積された少なくとも１つの有機発光ダイオードであって、該有機発光ダイオードに電力を供給するための第１及び第２の電極を含んでいる、有機発光ダイオードと、
   − 前記有機発光ダイオードから外方に向いている側において、透光性の導波路上に配されている前記基板と、
   − 前記有機発光ダイオードから外方に向いている側において、前記有機発光ダイオードによって発せられた光を結合導出する手段を備えている前記導波路と、
   を有する照明システムであって、
   − 動作中、前記のような発光ダイオードによって発せられた光は、前記基板及び前記導波路を介して進行し、前記照明システムによって、前記導波路に対してほぼ垂直な方向に発せられる、
   照明システム。
2. 前記照明システムは、前記透光性の導波路上に配されている複数の有機発光ダイオードを有している、請求項１に記載の照明システム。
3. 前記基板の側面は、反射性のものである又は鏡の反射層を備えている、請求項１又は２に記載の照明システム。
4. 前記基板の側面は先細りにされており、前記基板は光の放射の方向において広がっている、請求項１又は２に記載の照明システム。
5. 前記基板の少なくとも一部は前記導波路内に埋め込まれている、請求項１又は２に記載の照明システム。
6. 前記導波路の側面は、反射性のものである又は鏡の反射層を備えている、請求項１又は２に記載の照明システム。
7. 前記基板の屈折率と前記導波路の屈折率との間の屈折率ステップが０．５以下である、請求項１又は２に記載の照明システム。
8. 前記剛性かつ透光性の基板が、ガラスからできている、請求項１又は２に記載の照明システム。
9. 前記基板から外方に向いている前記電極が、前記有機発光ダイオードによって発せられる光を前記基板に向かって反射するように、反射性のものである、請求項１又は２に記載の照明システム。
10. 前記基板と前記導波路との間の光学的な接触が、屈折率整合流体によって促進される、請求項１又は２に記載の照明システム。
11. 前記導波路は、前記有機発光ダイオードによって発せられた前記光の一部を異なる色に変換する発光材料によって覆われている、請求項１又は２に記載の照明システム。

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