JP2009540519A - 有向光を発生させるマイクロ光学素子を備えた構造化ｏｌｅｄ - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの連続したＯＬＥＤ層（４）と、第１の電極層（５）と、第２の電極層（６）と、複数の光学コリメート手段とを有する照明デバイスにおいて、第２の電極層（６）は、コリメート手段の受光角の範囲内に配置されている互いに間隔をおいた区分（６ａ）内でＯＬＥＤ層（４）とのみ電気的接触状態にある。かかる照明デバイスは、効率的に製造でき、しかもエネルギー効率が高い。

Description

本発明は、有機発光素子（ＯＬＥＤ）を備えた照明デバイスに関する。

有機発光素子は、今日、照明又はディスプレイ製品に組み込まれるものとして容易に利用できる。ＯＬＥＤ技術は、これにより比較的広い表面領域から照射を行う一方で、極めて薄く作ることができる照明デバイスの製造が可能なので、特に有利である。

ＯＬＥＤは、ランバートの放射パターンを示し、その結果、大きなビーム発散度が得られる。ディスプレイ用途に関し、例えば、ディスプレイパネル用の光源としてＯＬＥＤ層を用いる場合、ランバートの放射パターンは有利である。他方、例えば自動車用途におけるような照明又は信号用途に関しては、有向（指向された）ビームが必要であるのが通例である。エテンデューの保存則に鑑みて、大面積発光体、例えばＯＬＥＤの光をコリメートすることには問題がある。

欧州特許第１０５１５８２号明細書は、大面積発光体を備えた照明デバイスを開示している。発生させた光をコリメートするため、複数個の透明な光の方向づけ部材が設けられる。かかる光方向づけ部材上には、複数の半導体照明デバイス、例えばＯＬＥＤが実装される。各半導体照明デバイスは、光をそれぞれの光方向づけ部材中に放出し、次にこの光はコリメートされ、その結果、あらかじめ定められたビームの形状を生成できるようになる。

この解決策により、有向光を大面積発光体から放出する照明デバイスの構成が可能であるが、複数のＯＬＥＤを備えたかかるデバイスの製造は、非常に複雑であり、且つ費用が高くつく。

したがって、本発明の目的は、有向ビームを生じさせることができ、しかも効率的且つ安価に製造できるＯＬＥＤ照明デバイスを提供することにある。

この目的は、本発明によれば、請求項１記載の照明デバイスによって達成される。従属形式の請求項は、本発明の好ましい実施形態を記載している。

本発明によれば、少なくとも１つの連続したＯＬＥＤ層は、第１の電極層と第２の電極層との間にサンドイッチされ、これら電極層は、ＯＬＥＤ層のそれぞれの第１の表面及び第２の表面に電気的に接触している。有向光ビームを発生させるために、光学コリメート手段が、少なくとも第２の電極層によってＯＬＥＤ層から間隔をおいた状態で設けられる。コリメート手段の各々は、受光角を定め、光は、コリメート手段によりこの受光角の範囲内で受け取られ、それにより、有向出力光ビームが形成される。本発明では、コリメート手段の各々の受光角は、ＯＬＥＤ層上の受光領域を形成し、この受光領域から、ＯＬＥＤ層内で生じた光が、コリメート手段によって受け取られる。本発明との関連において、受光角という用語は、複数のコリメート手段により定められた複数の角度範囲を意味している。

第２の電極層は、各々がそれぞれのコリメート手段の受光角の範囲内に位置している互いに間隔をおいた区分内においてＯＬＥＤ層とのみ電気的接触状態にあるのが有利である。この結果、ＯＬＥＤ層内における光の放出は、受光角の範囲内で促進されるに過ぎない。本発明は、有利には、連続ＯＬＥＤ層の使用を可能にするが、光は、光がコリメート手段によって受け取られず、この結果、有向出力ビームの形成には寄与しないＯＬＥＤ層の領域では生じない。本発明との関連において、１つ又は２つ以上の区分をコリメート手段の各々の受光角の範囲内に形成するのが良い。

本発明との関連において、「ＯＬＥＤ層」という用語は、用いられるＯＬＥＤ技術に応じて、必要な発光体層（ＥＬ）、電子伝達体層（ＥＴＬ）及び正孔伝達体層（ＨＴＬ）並びに他の任意の最終的に必要な層を含むものと理解されたい。

ＯＬＥＤ構造体内において、光は、ＥＬ層中の電子／正孔対の再結合により生じ、これら電子／正孔対は、ＯＬＥＤ層中に導入される。通常、電子／正孔対を導入するために、適当な電極がＯＬＥＤの表面上に層状に実装される。電子／正孔対の再結合により放出されたエネルギーは、励起子を発生させ、この励起子は、ＥＬ層中の分子を刺激して所望の波長の光子を放出し、所望の着色光を発生させる。

ＯＬＥＤ層を任意の市販のＯＬＥＤ材料で作ることができ、かかる材料としては、ＳＭ−ＯＬＥＤ（小分子ＯＬＥＤ）及びＰＬＥＤ（ポリマー発光ダイオード）が挙げられる。

ＯＬＥＤ層は、第１及び第２の電極層に電気的に接触している。本発明に関し、ＯＬＥＤ層の第２の表面は、発光面として定められるべきである。したがって照明デバイスの十分な作用効果の実現を可能にするため、第２の電極層は、所望の波長範囲において少なくとも部分的に透明である。例えば、第２の電極層をインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）で形成するのが良く、このＩＴＯは、可視波長範囲では透明である。第１の電極層は、透明である必要はなく、例えば金属又は金属合金で構成できる。好ましくは、ＯＬＥＤ層の第１の表面に接触している第１の電極層の表面は、照明デバイスの高い作用効果の実現を可能にするためには所望の波長範囲では反射性であることが必要である。

規定された出力ビームの形成を可能にするため、複数の光学コリメート手段が、少なくとも第２の電極層によってＯＬＥＤ層から間隔をおいた状態で、ＯＬＥＤ層の第２の表面、即ち発光面の側に配置される。複数の光学コリメート手段は、ＯＬＥＤ層により放出された光をコリメートする。コリメート手段は、特定の用途にしたがって、光を照明システムの光軸に垂直な１つの軸線にのみコリメートし、又は好ましくは光を各々光軸に垂直な２つの軸線にコリメートするよう形成されるのが良い。本発明に関し、光軸は、ＯＬＥＤ層の第２の表面に垂直に且つその中心に定められる。

コリメート手段は、所望の出力ビームの形状及び屈折率の所要の差に応じて、任意適当な材料、好ましくはガラス又はポリマー材料で形成できる。当然のことながら、コリメート手段の材料は、所望の波長範囲において関連の損失を導入しないよう選択されるべきである。光学コリメート手段は、好ましくは、ポリマー材料が用いられる場合、複数のレンズ若しくはマイクロレンズ又はレンズ若しくはマイクロレンズの箔により形成できる。ポリマー箔を用いることが特に好ましい。というのは、かかるポリマー箔は、有利には、費用効果の良い射出成形法で形成できるからである。コリメート手段は、例えば、円柱レンズ、球面レンズ又はＣＰＣ（合成二次曲面集光器）コリメータであるのが良い。

さらに、例えば屈折率が所望の出力ビーム形状に従って変わる材料を用いることにより入射光をコリメートする簡単な形状の要素を設けることが可能な場合がある。例えば、かかる要素は、円柱勾配屈折率レンズであるのが良い。コリメート手段は、用途に応じて、更に、コリメータ、レンズ、レンズ群、レンズアレイ又はこれらの任意の組合せを含む場合がある。

複数のコリメート手段の光学的性質は、無限焦点を備えたコリメート状態の出力ビームを形成するためには、互いに同一であるのが良い。必要ならば、複数のコリメート手段の各々は又、特定の形状をした出力ビームを得るために個々の光学的性質を示すのが良い。この場合、各コリメート手段は、出力ビームの特定の形状を定める「仮想レンズ」全体の一部を形成する。複数の単一のコリメート要素により形成されるかかる「仮想レンズ」は、一般に、有限要素法を用いて設計される。

最も簡単な例では、ビームの最も外側のコリメート手段は、光を規定された焦点のところで光軸に向かって差し向けるよう形成されるのが良く、他方、内側のコリメート手段は、光を照明デバイスの光軸に沿って差し向けるよう形成され、その結果、規定された焦点のところに細いビームが得られる。

光学コリメート手段を第２の電極層上に直接形成することができ又は好ましくは照明デバイスの光軸に沿って、規定された近距離の範囲内に形成することができる。第２の場合、第２の電極層とコリメート手段との間の隙間を、規定された屈折率を有する材料、例えば屈折率整合流体で満たすのが良く又は単に空気で満たされたままにしておくのが良い。コリメート手段を第２の電極層から規定された近距離内に配置することは、コリメート手段を自動車ランプのトップカバーと一体に形成できる自動車用途では特に有利であり、自動車ランプの全体的費用が減少する。

複数の光学コリメート手段の各々は、規定された受光角の範囲内でのみ、即ち、ＯＬＥＤ層の表面上の規定された受光領域内でのみコリメート手段に入射した光を受け取る。本発明によれば、第２の電極層は、第２の電極層が光学コリメート手段の各々の受光角の範囲内でのみＯＬＥＤと電気的接触状態にあり、受光角相互間では電気的接触状態にはないように互いに間隔をおいた区分を備える。

光は、コリメート手段の各々の受光角の範囲内でのみ生じる。これは、第２の電極層の形成に起因して、電荷キャリヤは、受光角の範囲内でＯＬＥＤ層内に導入されるに過ぎないからである。したがって、本発明の照明デバイスは、コリメート手段による受光が保証される領域でのみ光子が発生するので、エネルギー効率が非常に高い。受光角の範囲外で生じた光子は、コリメート手段によって受け取られず、したがって、照明デバイスのエネルギー効率低下の直接的な一因となる。したがって、本発明のデバイスでは、光は、必要な場所でのみ発生し、他方、ＯＬＥＤ層の複雑な構造化又は多数のＯＬＥＤの製造は不要である。

コリメート手段のレンズ変換に起因して、区分の寸法の変化により出力ビームの開口数が変化する。この結果、出力ビームの形状は、区分の寸法を変えることにより調節でき、他方、コリメート手段の光学的性質は、一定に保たれる。当然のことながら、第２の電極層の各区分の寸法は、用途に応じて、別個独立に又は同一に選択可能である。

多くの用途に関し、例えば自動車用信号用途の場合のように、非対称ビーム形状が望ましい。したがって、区分のアスペクト比が非対称であることが好ましい。

非対称に形成された区分を提供する場合、コリメート手段を所望の出力ビーム形状に合わせて特別に形成することは余計な手間であり、このことにより、費用効果が一段と高くなる。区分を上述したように非対称に形成する場合、標準的な回転対称レンズを用いることができる。上述したように、レンズ変換に起因して、出力ビーム形状の開口数は、区分のアスペクト比と同一の対称性を示すことになる。例えば、区分が２：１のアスペクト比を呈している場合、光軸に垂直な２つの軸線内の結果的に得られたビーム幅も又、２°：１°であろう。

出力ビームを更に付形するために、区分の各々の寸法をＯＬＥＤ層の広がりにわたって変化させるのが良い。例えば、出力ビームに関して最も外側の区分は、内側の区分よりも小さな寸法を呈するのが良い。この場合、ビームの最も外側の領域の光強度は減少し、これは、例えば、自動車用途では望ましい場合がある。

本発明の好ましい実施形態によれば、第２の電極層は、区分相互間では不連続であり、したがって、これらの空間内では、電荷キャリヤはＯＬＥＤ層に導入されることはない。かかる構造化電極層は、印刷技術又は対応のマスクを介する蒸着によって形成できる。第２の電極層のこのように形成された単極を、ボンディング又ははんだ付け法を用いて電線に接触させることができる。

本発明の別の好ましい実施形態では、第２の電極層は、少なくとも複数の区分にわたって連続しており、これら区分相互間に設けられた絶縁層により電気的に絶縁されている。この好ましい実施形態により、第２の電極層の費用効果が非常に高い製造が可能になる。というのは、電極の構造化が不要だからである。絶縁層は、当該技術分野において知られている任意の技術により形成できる。例えば、絶縁層は、標準型プリント回路板で知られている絶縁ラッカーであるのが良く、この絶縁ラッカーは、ＯＬＥＤ層か第２の電極層かのいずれかに印刷され、塗布され又は吹き付けられる。さらに、標準型半導体で知られている任意の絶縁層を用いることができる。ただし、区分相互間の領域への電荷キャリヤの導入を十分に阻止できることを条件とする。電極層は、全ての区分にわたり連続していることが特に好ましく、それにより、費用効果の一段と高い製造が可能になる。

以下において、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図１を参照すると、照明デバイス１が、積み重ね状態のＯＬＥＤ（以下、「ＯＬＥＤスタック」という場合がある）２及びコリメートレンズアレイ３で構成されている。レンズアレイ３は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）で構成され、このＰＭＭＡは、可視波長範囲では透明である。レンズアレイ３の各単レンズは、図１に点線で示されているように受光角を呈する。

ＯＬＥＤスタック２は、レンズアレイ３から間隔をおいた状態で、規定された近距離の範囲内に設けられている。ＯＬＥＤスタック２は、少なくとも、ＯＬＥＤ層４及び第１の連続電極層５を有し、この第１の連続電極層は、ＯＬＥＤ層４の裏側に設けられている。第２の電極層６が、ＯＬＥＤ層４の前側に設けられている。

第２の電極層６は、連続しているが、区分６ａでのみＯＬＥＤ層４と接触状態にあり、これら区分は、レンズアレイ３のレンズの受光角の範囲内に位置している。区分相互間には、絶縁層６が設けられている。このために、ＯＬＥＤ層４中における光の発生は、受光角の範囲内でのみ促進される。第１の電極層５を金属、例えばアルミニウムで作ることができるが、第２の電極層６は、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）電極であり、これは、可視波長範囲では透明である。図示していないが、分かりやすくする理由で図示されていないＯＬＥＤスタック２中に別の層が存在していても良い。

この実施形態では、レンズアレイの各レンズは、曲率半径７が２．２ｍｍである。ＯＬＥＤスタック２とレンズアレイ３との間の距離は、２．３ｍｍである。区分６ａの長さは、図示の広がり８に沿って０．２ｍｍである。光は、ＯＬＥＤスタック２と反対側の側部でレンズアレイ３から出力される。

図２に記載された本発明の第２の実施形態として第２の例示のＯＬＥＤスタック２２が詳細図で示されている。図２は、ＯＬＥＤスタック２２の断面図であり、この場合、放出された光の方向は、図示の矢印によって示されている。ＯＬＥＤスタック２２を機械的に支持するためにガラス基板２３が設けられている。透明な第２の電極層が、ＩＴＯ電極２４として形成され、この実施形態では、この第２の電極層は、光がそれぞれのレンズの受光角の範囲内でのみＯＬＥＤスタック２２中で生成されるようにガラス基板２３上に不連続に設けられている。ＩＴＯ電極２４は、適当な電源に電気的に接続されている。電源への別の接続手段が、第１の電極層によって提供され、この接続手段は、アルミニウム電極３３によって構成されている。ＯＬＥＤスタック２２の構成例全体が、以下の表に詳細に記載されている。

参照番号 材料 厚さ
２３ ガラス ０．７ｍｍ
２４ ＩＴＯ電極 ８０ｎｍ
２５ ＰＥＤＯＴ ３０ｎｍ
２６ ＭＴＤＡＴＡ ２０ｎｍ
２７ Spiro-ＴＡＤ ８ｎｍ
２８ ＣＢＰ：FIrpic １５ｎｍ
２９ ＣＢＰ：Irppy １０ｎｍ
３０ ＣＢＰ：ADS076 ６０ｎｍ
３１ Ａｌｑ３ １ｎｍ
３２ ＬｉＦ １００ｎｍ
３３ アルミニウム（ＡＬ）電極 １００ｎｍ

上述の構成例は、白色光有機ＬＥＤを提供する。

図３は、本発明の別の実施形態の例示の構成を平面図で示している。照明デバイスは、非対称に付形された出力ビームを得るために設計されている。上述したように、ＯＬＥＤ層３４は、互いに分離された区分３５を形成する不連続の第２の電極層に接触している。これら区分３５は、図示の点線で示されたレンズアレイのレンズ３６の各々のそれぞれの受光角の範囲内に位置している。

第２の電極層の各区分３５は、２：１のアスペクト比で非対称に形成されている。この結果、出力ビームの結果的に得られたビーム角も又、２：１である。この実施形態では、第２の電極層の各区分３５は、長さが１ｍｍ、幅が０．５ｍｍである。各区分の２つの対応の縁相互間の長さ３７は、２ｍｍであり、長さ３８は、１ｍｍである。この特定の構成例により、それぞれビーム幅が２０°／１０°のビームが得られ、これは、自動車用信号用途において特に有利である。図３に示す構成例は、更に、１／８のフィルファクタを呈し、これは、エネルギー効率が非常に高い。区分３５を上述したように非対称に形成する場合、標準の回転対称レンズを有利に使用することができる。

本発明の第１の実施形態の断面図である。 本発明の第２の実施形態の断面図である。 本発明の別の実施形態を示す図である。

Claims (8)

1. 照明デバイスであって、
   互いに反対側の第１の表面と第２の表面を備えた少なくとも１つの連続したＯＬＥＤ層（４）と、
   前記ＯＬＥＤ層（４）の前記第１の表面に電気的に接触している第１の電極層（５）と、
   前記ＯＬＥＤ層（４）の前記第２の表面に電気的に接触している第２の電極層（６）と、
   少なくとも前記第２の電極層（６）によって前記ＯＬＥＤ層（４）から間隔をおいて位置し、各々が受光角を備える複数の光学コリメート手段とを有し、
   前記第２の電極層（６）は、前記光学コリメート手段の前記受光角の範囲内に配置されている互いに間隔をおいた区分（６ａ）内で前記ＯＬＥＤ層（４）とのみ電気的接触状態にある、
   ことを特徴とする照明デバイス。
2. 前記区分（６ａ）のアスペクト比は、非対称である、
   請求項１記載の照明デバイス。
3. 前記ＯＬＥＤ層（４）と前記光学コリメート手段は、前記ＯＬＥＤの前記表面に垂直な方向に互いに間隔をおいて位置している、
   請求項１又は２記載の照明デバイス。
4. 前記光学コリメート手段は、複数個のレンズにより形成されている、
   請求項１ないし３のいずれか１項に記載の照明デバイス。
5. 前記光学コリメート手段は、ポリマ箔から成る、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の照明デバイス。
6. 前記第２の電極層（６）は、少なくとも複数の区分（６ａ）では連続し且つ前記区分（６ａ）相互間に設けられた絶縁層（９）により前記ＯＬＥＤ層（４）から電気的に絶縁されている、
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載の照明デバイス。
7. 前記第２の電極層（６）は、前記区分（６ａ）相互間において不連続である、
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載の照明デバイス。
8. 前記光学コリメート手段は、本質的に回転対称光学視準特性を示す、
   請求項１ないし７のいずれか１項に記載の照明デバイス。

Images