JP4370142B2 - 平坦な光源からの光抽出用照明具 - Google Patents
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Description
本発明は照明具に関し、より具体的には凹部領域を有する切頭逆ピラミッド構造体を備える照明具に関する。
高効率照明源は、蛍光照明のような従来の領域照明源と競合するように持続的に開発されている。例えば、発光ダイオードはこれまで表示器照明及び数値表示装置として実装されてきたが、発光ダイオード技術の進歩によって、領域照明においてこのような技術を使用することに関心が高まっている。発光ダイオード（ＬＥＤ）及び有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）は、電気エネルギーを光に変換する固体半導体デバイスである。ＬＥＤが電気エネルギーを光に変換するために無機半導体層を実装するのに対して、ＯＬＥＤは、電気エネルギーを光に変換するために有機半導体層を実装する。一般的に、ＯＬＥＤは、有機薄膜から成る多層を２つの導体又は電極間に配置することによって作られる。電流が電極に印加されると、有機層から光が放出する。従来のＬＥＤと異なり、ＯＬＥＤは、低コストで大面積の薄膜蒸着法を用いて処理することができる。ＯＬＥＤ技術は、これ自体が、ＬＥＤよりも低電圧で動作することができる超薄形の照明表示装置の開発に役立つものである。ＯＬＥＤを実装する全般領域照明を行うに当たり重要な開発が行われてきている。
しかしながら、比較的低効率（例えば、３ルーメンから４ルーメン／ワット）である従来のＯＬＥＤは、低電圧での領域照明については十分な明るさを達成することが可能であるが、デバイスの高い出力レベル及び比較的低い効率によって発生する熱に起因して、ＯＬＥＤの動作寿命は制限されたものとなる可能性がある。ＯＬＥＤを実装する商業的に実現可能な光源を提供するために、デバイスの効率を改善して、全般照明を提供するのに十分な明るさで動作するときの発熱量を低減することができる。更に、全般照明源としてＯＬＥＤの効率を改善させるために、光損失メカニズムを最小限に抑えて電気から変換される有用な周囲光の量を増大させることができる。
米国特許第６５６１６９０号
従来のＯＬＥＤは、一般に、ＯＬＥＤの有機層内で発生した光の約１７％から３３％を放出する。一般にＯＬＥＤ内の損失メカニズムによって、ＯＬＥＤ内で発生した光が周囲環境に放出される光にまで減少することが生じている。ここで以下に説明するように、ＯＬＥＤには幾つかの光損失メカニズムがある。全般照明用の高効率照明源の製造により、光源内の光損失メカニズムが最小限に抑えられると考えられる。フラットパネル・エレクトロルミネッセンス・デバイス（すなわち、エネルギーを光に変換するデバイス）では、光は誘電媒体内で発生する。発生する光のかなりの割合（例えば、４０％以上）は、周囲には結合されず、むしろ内部反射のために損失される可能性がある。更に、有機半導体及び電極が配置される基板の厚みによって、光のかなりの割合（例えば、１０％以上）が、デバイスの側部から表出することができ、これは全般照明の目的としては有用性に劣る恐れがある。大容量照明用途では、このような損失はエネルギー消費量のかなりの量の浪費を示す可能性がある。
ＯＬＥＤ内で損失される光の量を低減するために、幾つかの種々の技術が、従来のＯＬＥＤデバイスにおいて実施されている。例えば、垂直反射側部を有するデバイスに散乱粒子を実装することができる。更に、当業者には理解できるように、基板上のピクセルから放出された光を捕捉するために４５度の角度のミラーを実装することができる。更に、楔形の光ガイド及び隆起した楔形の光ガイドを実装することができる。これらの実施形態では、ＯＬＥＤの一方の側部から意図的に光を入射させて、むらのない一様な照明を提供することができる。しかしながら、これらの技術は、一般に、小さな領域のバックライト照明を行うために使用されている。
更に、ディスプレイ用途に実装されてきた従来のＯＬＥＤデバイスは、一般に、下にあるＯＬＥＤ空間構造の保持に対処するものである。すなわち、ＯＬＥＤディスプレイのユーザは、一般に「ピクセル」を見ることだけでなく、正確な空間描写を識別することに関心があるとすることができる。逆に、照明用途では、ＯＬＥＤパターン付けに含まれる空間的情報を殆ど保持しない拡散領域照明は重要ではないとすることができ、更に、一部の用途では構造体の無い拡散光源が好ましいとすることができる。
本技術の１つの実施形態によれば、前面と、凹部の基部の第１の平面内に全体的に延びる第１の幅（Ｗ１）を有する境界面を含む、該境界面が前面に略平行である凹部と、を備え、凹部が有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を受けるように構成された照明具であって、該照明具が更に、凹部を少なくとも部分的に取り囲み、境界面と前面との間に境界面に対して鋭角（σ）に延びる、互いに隣接する複数の側部を備え、側部の各々が長さを有し、境界面の第１の平面と略平行な第２の平面への側部の長さの射影が第２の幅（Ｗ２）を有し、角度を有する側部が、凹部から透過された光を前面に向かって反射するように構成されていることを特徴とする照明具が提供される。
本技術の別の実施形態によれば、第１の電極と、該第１の電極上に配置され、可視光を放出するように構成された１つ又はそれ以上の有機層と、１つ又はそれ以上の有機層上に配置され、第１の幅（Ｗ１）を有する第２の電極と、第２の電極上に配置された透明基板とを備える有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）であって、前記基板が、前面と、第２の電極に光学的に結合され、第１の幅（Ｗ１）と等しい幅を有し、前面と略平行である境界面と、境界面を少なくとも部分的に取り囲み、境界面と前面との間に境界面に対して鋭角（σ）に延びる、互いに隣接する複数の側部と、を備え、側部の各々が長さを有し、境界面と略平行な平面への側部の長さの射影が第２の幅（Ｗ２）を有し、角度を有する側部が、１つ又はそれ以上の有機層から透過された可視光を前面に向かって反射するように構成されていることを特徴とする有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）が提供される。
本技術の更に別の実施形態によれば、前面と、凹部の基部の第１の平面内に全体的に延びる第１の幅（Ｗ１）を有する境界面を含む、該境界面が前面に略平行である複数の凹部と、を備え、複数の凹部の各々がそれぞれの有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を受けるように構成されたアレイであって、該アレイが更に、凹部の各々を少なくとも部分的に取り囲み、境界面と前面との間に境界面に対して鋭角（σ）に延びる、互いに隣接する複数の側部を備え、側部の各々が長さを有し、境界面の第１の平面と略平行な第２の平面への側部の長さの射影が第２の幅（Ｗ２）を有し、角度を有する側部が、凹部から透過された光を前面に向かって反射するように構成されていることを特徴とするアレイが提供される。
本技術の更なる実施形態によれば、前面と、凹部の基部の第１の平面内に全体的に延びる第１の幅（Ｗ１）を有する境界面を含む、該境界面が前面に略平行である複数の凹部と、凹部の各々を少なくとも部分的に取り囲み、境界面と前面との間に境界面に対して鋭角（σ）に延びる複数の側部と、を備え、側部の各々が長さを有し、境界面の第１の平面と略平行な第２の平面への側部の長さの射影が第２の幅（Ｗ２）を有し、角度を有する側部が凹部から透過された光を前面に向かって反射するように構成されている透明基板であって、該透明基板が更に、境界面に光学的に結合された第１の電極と該第１の電極上に配置され、可視光を放出するように構成された１つ又はそれ以上の有機層と１つ又はそれ以上の有機層上に配置された第２の電極とを備える、各々が複数の凹部のそれぞれに配置された複数の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を備える透明基板を有する領域照明システムが提供される。
本発明の利点及び特長は以下の詳細な説明を読み図面を参照することにより明らかになるであろう。
図１は、例示的な有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）１０を示す。理解することができるように、ＯＬＥＤ１０は、全体として第１の電極すなわちアノード１４と、第２の電極すなわちカソード１６との間に配設された有機層１２を含む。有機層１２は、例えば、複数の有機ポリマー層を含むことができる。有機層１２は、例えば、回転成形技術によって約１００ｎｍの厚みで配設することができる。有機層１２を構成する個々のポリマー層の数、タイプ、及び厚みは、当業者であれば理解することができるように、用途に応じて変更することができる。当業者であれば理解することができるように、例えば、有機材料の異なる組み合わせを実施して異なる色の光放出を行うことができる。第１の電極すなわちアノード１４は、例えば、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）のような、透明導電酸化（ＴＣＯ）層を含むことができる。アノード１４は、例えば、約１００ｎｍの厚みを含むことができる。アノード１４は、透明基板１８上に配設することができる。基板１８は、例えば、ポリジメチルシリコーン（ＰＭＤＳ）、ポリジフェニルシリコーン、ポリカーボネート、ポリアクリレート、及びこれらの誘導体、或いは酸化珪素ベースのガラスを含むことができる。１つの例示的な実施形態において、基板１８は、約１ｍｍの厚みを有することができる。第２の電極すなわちカソード１６は、当業者であれば理解することができるように、アルミニウム又はマグネシウムのようなどのような好適な金属も含むことができる。ＯＬＥＤ１０を密封するために封止層２０を設けることができる。更にまた、ＯＬＥＤ１０は、デバイス（図示せず）の両側に沿って封止することができる。理解することができるように、電圧がアノード１４とカソード１６にわたって印加されたときに、有機層１２から光が放出され、透明アノード１４及び透明基板１８を介してＯＬＥＤ１０外部にある周囲環境に透過される。
上述のように、ＯＬＥＤ１０のようなＯＬＥＤデバイスは、全体として、有機層デバイスによって生成される光の量を低減する幾つかの損失メカニズムを受ける。例えば、光が有機層１２によって生成されると、光が基板１８を透過することができるように金属カソード１６によって反射されることが好ましい。しかしながら、金属カソード１６は、材料の誘電率が有限であるので完全な反射を行うことはできない。従って、有機層１２によって生成される光の一部は、不利なことにカソード１６と有機層１２との間の境界面２２で第２の電極１６によって吸収される可能性がある。更に、金属カソード１６の表面近傍の光放出は、双極子結合及び量子力学的トンネル効果により減衰される可能性がある。
更に、有機層１２によって生成された光の相当な部分は、ＯＬＥＤ１０の有機層、アノード１４（例えば、ＩＴＯ）、及び基板１８内で捕捉される。有機層１２内で発生した光は、アノード１４と有機層１２との間の境界面２４で捕捉されるか、又は、基板１８と外気との間の境界面２６で捕捉されることができる。光は、高屈折率媒体から低屈折率媒体への光伝播によりＯＬＥＤ１０内で捕捉されることができる。理解することができるように、境界面の臨界角より大きい角度で放出される光は、完全に反射され、従って、ＯＬＥＤからは放出されなくなる。従って、特定の角度範囲（すなわち、ＯＬＥＤ内の層の全ての境界面の臨界角より小さい）内で有機層１２によって放出される光だけが外部環境に透過されることになる。また、領域照明については、有機層から放出される光の全てを基板１８の頂面（境界面２６）を透過させることが有利であろう。しかしながら、ＯＬＥＤ１０の通常の動作中は、光の一部は、基板１８の側部を介して逃げる恐れがあり、これによって全体の周辺光が少なくなる可能性がある。
本技術は、基板１８の頂面（境界面２６）で臨界角より大きい角度にてＯＬＥＤ１０によって放出される光を取り込み、ＯＬＥＤ１０の光放出を増大させる効果的な手段を提供する。更に、本技術は、基板１８の両側部から放出される光を基板１８の頂面（境界面２６）を介して再配向することができるように集光して、ＯＬＥＤ１０の光放出を更に増大させるメカニズムを提供する。理解することができるように、ＯＬＥＤ１０内の吸収による損失（上述済み）がない場合、ＯＬＥＤ１０と光学接触で光散乱材を適用すると、発生した光が完全に取り出されることになる（すなわち、有機活性層１２から基板１８に放出される光の全ては周囲環境に結合されることになろう）。しかしながら、下側のカソード１６の反射率は、有機層１２を構成する有機材料の仕事関数にも適合させることが望ましいことにより、及びこれらの材料の残存吸収が存在することにより制約される可能性がある。従って、カソード１６の反射率は、１をかなり下回り、典型的には発光波長の６０％から８０％の範囲である。有利には、本技術では、カソード１６のような低反射率領域から光を遠ざけるように配向する。光は、以下に更に説明するように、周囲環境に直接結合されるか、又は、高反射率性表面からの１つ又はそれ以上の跳ね返り後にアノード１４に結合されるように配向される。従って、ＯＬＥＤデバイスの光出力の総量は、図１に示すＯＬＥＤ１０及び散乱粒子層でコートされたＯＬＥＤのような、従来のＯＬＥＤに対して増大される。
図２は、本技術による照明具２８の１つの実施形態の断面図を示す。ここで使用される「照明具」は、所望の方向に伝送することができるように集光し配光するデバイスをいう。照明具２８は、図１に示すＯＬＥＤ１０の基板１８の頂面（境界面２６）のような、従来のＯＬＥＤデバイスの基板の頂面に光結合されるように構成された略平坦な境界面を含む。ここで使用される「に適合された」、「に構成された」などは、特定された構造を形成するように、又は特定された結果を達成するように寸法決めされ、配置され、又は製造される要素をいう。図２に示すように、照明具２８は、図３に対して更に示し及び説明するように、ＯＬＥＤデバイスを受けるように構成された凹部を有する切頭の逆ピラミッド構造を形成する。例示的な本明細書において、境界面３０は、全体的に凹部の基部に配置されている。照明具２８は、ＯＬＥＤデバイスの光出力の総量を増大させるように構成される。
照明具２８は、例えば、ポリジメチルシリコーン（ＰＤＭＳ）又は無機ガラスのような固体透明材料３２を含む。透明材料３２は、基板１８の光学屈折率と類似の光学屈折率を有するように選択される。本実施形態において、透明材料は、可視光の少なくとも８０％、好ましくは９０％よりも多くを透過する。照明具２８の透明材料３２は、例えば、成形技法、機械加工技法、又はエンボス加工技法によって作ることができる。照明具２８は、比較的に狭い鋭角に延びる、角度を有する側部３４を含む。角度を有する側部３４は、例えば、銀のような高反射性金属などの高反射性材料３６でコートされる。或いは、反射性材料３６は、反射性有機誘電薄膜（例えば、３ＭのＤＦＡ−４２−７２）、無機誘電薄膜、又は、例えば酸化チタン（ＴｉＯ2）のような反射性散乱粒子の厚い層を含むことができる。更に、反射性材料３６は、粒子と反射性金属又は反射性薄膜との組み合わせを含むことができる。反射性材料３６は、例えば、９５％を上回る拡散反射率を有することができる。照明具２８の頂面は、照明具２８の光出力を更に増大させるために、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ2）のような散乱層３８を含むことができる。更に、散乱層３８は、例えば、小さい蛍光体粒子を含むことができる。理解することができるように、散乱層３８の粒子は、臨界角よりも小さい角度で発生した光を反射する。臨界角よりも小さい角度で生成された光については、光は散乱層３８によって、角度を有する側部３４をコートする反射性材料３６に反射され、この場合、光は照明具２８の前部を通って再配向される。
理解することができるように、照明具２８の寸法は、有効空間及びＯＬＥＤ１０の設計寸法に応じて変更することができる。照明具２８は、例えば約０．５ｍｍから１０．０ｍｍの範囲の厚みＴを有することができる。照明具２８の凹部分は、例えば、約２５ｍｍから１５０ｍｍの範囲の幅Ｗ１を有することができる。幅Ｗ１は、図３に対して更に示すように、ＯＬＥＤ１０の幅と等しいように構成される。凹部の深さＤは、基板１８の厚みと略等しく、基板１８は、例えば、０．０２５ｍｍから５．０ｍｍの範囲の厚みを有することができる。或いは、照明具２８は、凹部なしで構成してもよい（すなわち、深さＤ＝０ｍｍ）。この実施形態によれば、照明具２８は、凹部のない切頭逆ピラミッドを備える。
照明具２８の各側部の幅Ｗ２は、例えば、約５．０ｍｍから１１０．０ｍｍの範囲とすることができる。幅（Ｗ２）は、図２に示すように、内側表面３０及び散乱層３８に略平行な平面への側部３４の射影として定義することができる。最後に、照明具２８の側部３４の鋭角σは、照明具２８の全デバイス厚みＴを照明具２８が基板１８から延びる幅Ｗ２（図３に図示）で除算した値の逆正接（アークタンジェント）によって定義され、例えば約１５°から３５°の範囲とすることができる。換言すれば、σ＝ａｒｃｔａｎ（Ｔ／Ｗ２）である。側部３４の狭い角度によって、以下に更に説明するように、集光を増大させることができる。
図３は、図１のＯＬＥＤ１０のような、ＯＬＥＤデバイスに結合された照明具２８を示す。照明具２８は、例えば、積層用テープ、屈折率整合用エポキシ又はシリコーン（図示せず）を用いて基板１８に光学的に結合される。例えば、１つの実施形態において、照明具２８は、約０．４ｍｍの厚みを有し、且つ、０．３％重量のサブミクロン粒子を有するポリジメチルシリコーン（ＰＤＭＳ）テープを用いて基板に結合される。照明具２８の平坦面３０にテープ又は接着剤を貼付又は塗布して、例えば機械的圧力を加えることによって基板１８の頂面（境界面２６）に結合することができる。理解することができるように、接着剤は、以下に更に説明するように、ＯＬＥＤ１０から放出された光の色変換をもたらすように構成された粒子を含むことができる。
図３に示すように、照明具２８の凹部の深さＤは基板１８の厚みに対応するように構成される。更に、凹部の幅Ｗ１はＯＬＥＤ１０の幅に対応するように構成される。照明具２８は、ＯＬＥＤ１０とは別個に作り、上述のようにＯＬＥＤに光学的に結合してもよい。或いは、ＯＬＥＤ１０は、照明具２８の境界面３０上に直接作ってもよい。更に別の実施形態において、照明具２８の透明材料３２は、ＯＬＥＤ１０の基板１８を形成することができる。この実施形態において、アノード１４は、平坦な境界面３０上に直接配設することができ、ＯＬＥＤ１０の他の層は、当業者であれば理解できるように、アノード１４の頂部に配設することができる。
図４は、図３の線４−４の切り取り線に沿った、特定の下部構造体を示す散乱層３８の無い照明具２８及びＯＬＥＤ１０の平面図を示す。上述のように、照明具２８の凹部は、基板１８の幅に対応する第１の幅Ｗ１と、照明具２８の側部３４の延長幅を定める第２の幅Ｗ２とを有する。理解することができるように、ＯＬＥＤ１０の「活性領域」４０、すなわち有機層１２を有するＯＬＥＤ１０の領域は、基板１８の幅Ｗ１よりも幾分小さい幅Ｗ３を有することができる。基板の幅Ｗ１によって定められた残りの領域は、「非活性領域」４２を備える。上述のように、照明具２８の側部は、図４に示す平面図で見ることができる高反射性材料３６でコートされる。
実施例として、表１は、例えば、Ａ．Ｓ．Ａ．Ｐ バージョン７．１のような市販の光線追跡ソフトウェアを用いて計算され、ここで、厚み（Ｔ）及び幅（Ｗ２）を変えたときの照明具２８からの光放出を示す、照明具２８の例示的な実施形態に対応するシミュレーション結果が提供される。表１は、以下の説明及び図１から図４の説明を参照することにより理解することができる。理解することができるように、表１は、単に本デバイスの１つの実施形態の特定のシミュレーション結果を示すために提供されたものであり、本発明の範囲を限定することを意味するものではない。表１では、基板１８は、１．５の光学的屈折率を有するガラスを備える。照明具２８の厚みＴは、０．５ｍｍから６．５ｍｍの間で変更した。照明具２８の幅Ｗ２は、０ｃｍから５０ｃｍの間で変更した。放出された光の量が測定され、照明具２８に入射した光の量の百分率で示すところの、照明具２８から放出された光の量の割合として示されている。例示的な本実施形態においては、光散乱層３８を照明具２８の最上部に配置した。本実施形態において実施された散乱層３８の厚みは、０．４ｍｍであった。散乱層３８の散乱粒子位相関数（ｇ）は、Ｈｅｎｙｅｙ−Ｇｒｅｅｎｓｔｅｉｎフォームに適合し、値ｇ＝０．８５、濃度約１．３ｘ１０10粒子／ｃｃ、粒子半径＝０．３ミクロンを有すると仮定した。また、当業者であれば理解できるように、選択された位相関数は、図示を目的としたものにすぎず、位相関数ｇ及び粒子添加の別の組み合わせを実施してもよい。基板１８の幅Ｗ１は約１５ｃｍであり、活性領域の幅Ｗ３は約１４ｃｍであった。活性領域４０の反射率（すなわち、有機層１２の反射率）は、約０．７９であったが、これは、当業者であれば理解できるように、蛍光層を含むこと無く、約４ｎｍの厚みを有するＮａＦの層と、約２００ｎｍの厚みを有するアルミニウムの追加層（ＮａＦ／Ａｌ）とを備えるカソード１６を有して構成された青色発光ＯＬＥＤの実験的な測定値である。放出量を計算するに当たり、活性領域４０（すなわち、有機層１２）は、等方的に光を放出すると仮定した。下表１の結果によって示されるように、照明具２８の厚みＴ１及び幅Ｗ２が大きくなるにつれて、照明具２８から放出された光の割合が大きくなる。更に、照明具２８の厚みＴ及び幅Ｗ２の逆正接によって定義された、照明具２８の側部３４の角度σが狭いほど、光放出量が良い。
本技術の更なる利点は、損失のあるカソード材料（すなわち、高い吸収比を有するカソード１６）の存在によって引き起こされる損失を軽減することである。表２は、２．０ｃｍに等しい幅Ｗ２を有する照明具２８と、０．１ｃｍに等しい幅Ｗ２及び４５°より小さい角度σを有する照明具２８（例えば、ほぼ垂直な側壁３４を有する照明具２８）との間のデータ比較を示す。理解することができるように、表２は、例えば、Ａ．Ｓ．Ａ．Ｐ、バージョン７．１のような市販の光線追跡ソフトウェアを使用して計算したシミュレーション結果を単に示すために提供されるものであり、本発明の範囲を限定することを意味するものではない。図２のデータに対応する例示的なＯＬＥＤ１０は、７．５ｃｍに等しい幅Ｗ１と７．０ｃｍに等しい幅Ｗ３を有する活性領域４０とを有する。更に、表２では、基板１８の厚みＴを６．５ｍｍとし、更にポリカーボネートで作られたものと仮定した。更に、本実施形態は、表１を参照しながら上で説明したものと同じパラメータを有する散乱層を含むものであった。要約すると、表２は、小さな角度σ（例えば、＜３５°）で構成された側部３４を有する照明具２８の実施と比較すると、反射性垂直壁３４を使用すると、不利にはカソード１６の反射損失量が大きくなることを示している。
更に、基板１８及びより高い光学屈折率を有する照明具２８とを実施することが有利とすることができる。例えば、基板と照明具の組み合わせの屈折率を１．５から１．６に大きくすると、周囲環境に放出される割合が０．７５から０．７８に増大する。光学的光線追跡計算によれば、上述のデバイスの幾何形状については、光散乱層の存在は総光出力を少量だけ（すなわち、＜１％）変えるにすぎないことが示されている。従って、当業者であれば理解できるように、照明具２８は、確実に色（一部は、散乱層３８に存在する光散乱量で決まる）と光出力の両方を別個に最適化可能なように設計することができる。
本技術の別の例示的な実施形態において、ＰＤＭＳで作られ、約３．８ｃｍに等しい活性領域幅Ｗ３と、約１．２ｃｍの側壁幅Ｗ２と、約０．６ｃｍの厚みＴとを有する照明具２８を実施することができる。例示的な本実施形態において、ＯＬＥＤ１０は、約１．０ｍｍの厚みを有する基板を含む。従って、照明具２８の凹部の深さＤも、１．０ｍｍである。活性領域４０の反射率（すなわち、有機層１２の反射率）は、約０．７９から０．８１の範囲であったが、これは、当業者であれば理解できるように、蛍光層を含むこと無く、約４ｎｍの厚みを有するＮａＦの層と、約２００ｎｍの厚みを有するアルミニウムの追加層（ＮａＦ／Ａｌ）とを備えるカソード１６を有して構成された青色発光ＯＬＥＤの実験的な測定値である。照明具２８は、当業者であれば理解できるように、例えば、Ｎｏｒｌａｎｄ６１のような光学用エポキシ樹脂を用いてＯＬＥＤ１０の基板１８に光学的に結合することができる。本実施形態を実施する実験において、照明具２８が無い状態でのＯＬＥＤ１０の光出力が約１．３２ルーメンから１．４０ルーメンの範囲で測定された。有利には、照明具２８の上述の実施形態を実施することによって、照明具２８に結合されたＯＬＥＤ１０の光出力は、約１．７５ルーメンから１．８０ルーメンの範囲で測定された。理解することができるように、光出力は、例えば、積分球で測定してもよい。従って、照明具２８は、有利にはＯＬＥＤ１０の光出力の総量を増大するように機能し、有利にはＯＬＥＤ１０から現れる光の空間的差異を低減する。
上述の例示的な実施形態に加え、追加層も照明具２８上で実装することができる。例えば、色変換層を散乱層３８上に配置して白色光を得ることができる。理解することができるように、有機層１２は、有色光を生成するために組み合わされる幾つかの層を備えることができる。領域照明を行うためには、有利には照明具２８の表面上に（又は、上述のように境界面３０に）材料の追加層を形成して、有色光を白色光に変換することができる。１つの例示的な実施形態において、有機層１２は、ポリ（３，４）−エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）のような青色発光ポリマーを含むことができる。領域照明で用いるため青色光を白色光に変換するためには、ペリレンオレンジ及びペリレンレッドのような有機分子、及びセリウムをドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット［Ｙ（Ｇｄ）ＡＧ：Ｃｅ］のような無機蛍光体粒子を含む１つ又はそれ以上の変換層を散乱層３８上に配設することができる。或いは、変換層を照明具の表面上に直接配設（すなわち、散乱層３８を実装することなく）してもよい。更に当業者には理解できるように、散乱層３８を変換層と一体化することができる。或いは、色変換層を基板１８の頂面（境界面２６）上に配設して、照明具２８が基板１８の色変換層の上に配設されるようにしてもよい。
更に、照明具２８の上表面（すなわち、散乱層３８が示されている平坦な境界面３０の反対側の表面）は、反射率の低いカソード１６から遠ざけてデバイスの反射率の高い領域（例えば、反射面３４）に散乱光を配光することによって光出力を更に増大させるために、織り目のある表面を備えることができる。指向性散乱を行うために、隆起面を平坦な境界面３０の真反対に、及び／又は角度を有する反射面３４の真反対に作ることができる。織り目のある表面は、当業者には理解できるように、複数の隆起又は鋸状の特長部を含むようにマイクロ複製することができる。
また、照明具２８は、照明具２８の上表面に耐引っかき性及び紫外線保護をもたらすためにハードコート処理をすることができる。照明具２８は、例えば、プライマー層を覆うように配設されたシリコーン・ハードコート層でハードコートすることができる。シリコーン・ハードコート層は、白色光の黄ばみを防止するために紫外線吸収剤を含むことができ、例えば、約１０ミクロンの厚みで配設することができる。或いは、作った透明材料３２をプライマーに浸漬させた後、シリコーン・ハードコート材に浸漬して、照明具２８全体をハードコートすることができる。当業者には理解できるように、ハードコート処理の前後で側部３４の角度を有する側部上に反射層３６を配設することができる。上述のように、及び当業者には理解できるように、ハードコート層を変更して所望に色変換又は散乱特性を付与することができる。また、追加のバリアコーティングを照明具２８又は照明具−ＯＬＥＤパッケージ（すなわち、ＯＬＥＤ１８に結合された照明具２８）に施して、耐水性及び耐酸化性を与えることができる。
更に、照明具２８から延びるＯＬＥＤ１０の部分の回りに高反射性の封止層を配設することができる。すなわち、封止層２０は、上述のように、カソード１６上でＯＬＥＤ１０の側縁に沿って配設することができるが、例えば、銀のような高反射性金属などの高反射性材料３６を含むことができる。或いは、封止層２０は、反射性有機誘電薄膜（例えば、３ＭのＤＦＡ−４２−７２薄膜）、無機誘電薄膜、又は、例えばチタン（ＴｉＯ2）のような反射性散乱粒子の厚い層を含むことができる。更に、封止層２０は、例えば９５％を上回る拡散反射率を有する粒子と反射性金属又は薄膜の組み合わせを含むことができる。理解することができるように、反射性金属は、封止層２０の一部とするか、又は封止層２０の下に配設することができる。
理解することができるように、上で説明した技術を更に用いて、図５及び図６に示すように照明具のアレイを作ることができる。図５は、上述の技術に従って作ることができる４つの照明具２８を備えるアレイ４４の一部の特定の下部構造体の平面図を示す。上述のように、各照明具２８の下にあるＯＬＥＤ１０は、幅Ｗ３を有する活性領域４０と、下にある基板１８の幅に対応する幅Ｗ１を有する非活性領域４２とを備える。図６は、照明具２８のアレイ４４の部分断面図を示す。アレイは、各々が基板１８の幅に等しい幅Ｗ１を有する複数の凹部を含む。アレイ４４は、上述のように、ＯＬＥＤ１０とは別個に作られた後にＯＬＥＤ１０に取り付けることができる。或いは、ＯＬＥＤ１０は、アレイ４４内に直接作り、ＯＬＥＤ１０の基板１８がアレイ４４の各照明具２８の凹部内に形成されるようにしてもよい。アレイ４４は、射出成形によって、又はアレイ４４と共に実装されることになるＯＬＥＤ１０のそれぞれの基板１８の屈折率に適合する屈折率、又は近似する屈折率を有する材料を型に充填することによって形成することができる。理解することができるように、アレイ４４は、図５及び図６に示すように、アレイ４４を形成するために結合される幾つかの別個の照明具２８を含むことができる。或いは、アレイ４４は、当業者には理解できるように、凹部の各々に結合された複数の凹部及び角度を有する複数の側部を持った単一の材料部片から作ってもよい。
本発明は、種々の変更形態及び代替形態をとる余地があるが、具体的な実施形態を例示として図面に示すと共に、本明細書に詳細に説明してきた。しかしながら、本発明は、開示された特定の形態に限定されることを意図していないことを理解されたい。むしろ、本発明は、特許請求の範囲により定義される本発明の精神及び範囲内に属する全ての変更形態、均等形態、及び代替形態を含む。
１０ 有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）
１２ 有機層
１４ アノード
１６ カソード
１８ 基板
２０ 封止層
２２ 境界
２４ 境界
２６ 境界
２８ 照明具
３０ 境界面
３２ 透明材料
３４ 角度を有する側部
３６ 反射材料
３８ 散乱層
４０ 活性領域
４２ 非活性領域
４４ アレイ
１２ 有機層
１４ アノード
１６ カソード
１８ 基板
２０ 封止層
２２ 境界
２４ 境界
２６ 境界
２８ 照明具
３０ 境界面
３２ 透明材料
３４ 角度を有する側部
３６ 反射材料
３８ 散乱層
４０ 活性領域
４２ 非活性領域
４４ アレイ
Claims (10)
- （ｉ）前面と、
（ｉｉ）凹部の基部の第１の平面内に全体的に延びる第１の幅（Ｗ１）を有する境界面（３０）を含む凹部であって、該境界面が前記前面に略平行であり、該凹部が有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）（１０）を受けるように構成されているとともに、該凹部が受けるように構成された有機発光ダイオード（１０）の透明基板（１８）の厚さに略等しい深さ（Ｄ）を有する凹部と、
（ｉｉｉ）前記凹部を少なくとも部分的に取り囲み、前記境界面（３０）に対して鋭角（σ）をなして前記境界面（３０）と前記前面との間に延びる、互いに隣接する複数の側面（３４）であって、該側面（３４）の各々が長さを有し、前記境界面（３０）の第１の平面と略平行な第２の平面への前記側面の長さの射影が第２の幅（Ｗ２）を有し、角度の付いた該側面（３４）が、前記凹部から透過した光を前記前面に向かって反射するように構成されている、複数の側面（３４）と
を備える照明具（２８）。 - ポリジメチルシリコーン（ＰＤＭＳ）を含む、請求項１記載の照明具（２８）。
- 前記深さ（Ｄ）が０．０２５ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲にある、請求項１又は請求項２記載の照明具（２８）。
- 前記複数の側面（３４）の各々が金属層（３６）を備える、請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の照明具（２８）。
- 前記複数の側面（３４）の各々がミラーを付けた層（３６）を備える、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の照明具（２８）。
- 前記複数の側面（３４）の各々が散乱粒子を含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の照明具（２８）。
- 前記複数の側面（３４）の各々が少なくとも０．９５の拡散反射率を有する、請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の照明具（２８）。
- 前記前面が、第１の幅（Ｗ１）に第２の幅（Ｗ２）の２倍を加えた値に等しい全幅を有する、請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の照明具（２８）。
- 当該照明具（２８）が厚さ（Ｔ）を有していて、前記角度（σ）が、該厚さ（Ｔ）を第２の幅（Ｗ２）で除算した値の逆正接に等しい、請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の照明具（２８）。
- 請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の照明具（２８）の凹部に、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を、前記凹部の境界面（３０）が有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）の透明基板（１８）と光学的に結合するように配置してなる照明システム。
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