WO2013007744A1 - Leuchtmodul mit steuerbarer lichtlenkung - Google Patents

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WO2013007744A1
WO2013007744A1 PCT/EP2012/063559 EP2012063559W WO2013007744A1 WO 2013007744 A1 WO2013007744 A1 WO 2013007744A1 EP 2012063559 W EP2012063559 W EP 2012063559W WO 2013007744 A1 WO2013007744 A1 WO 2013007744A1
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light
active
light module
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optical structure
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PCT/EP2012/063559
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Michael Eritt
Christian Kirchhof
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Ledon Oled Lighting Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • F21Y2115/15—Organic light-emitting diodes [OLED]

Definitions

  • the invention relates to a lighting module with a plate-shaped, active element and a plate-shaped support member having a surface on which the active element is arranged, and with a transparent light-emitting element, which is preferably formed by the support member.
  • Such a light-emitting module is known from the prior art in the form of an OLED lighting module (OLED: organic light-emitting diode).
  • OLED organic light-emitting diode
  • the OLED light module comprises a plate-shaped, active element in the form of two electrodes and an organic layer arranged between the electrodes, which emits light when current is applied to the electrodes.
  • the active element is arranged on a plate-shaped support element in the form of a glass plate or film made of plastic or metal. Through the glass plate, the light generated by the active element can leave the OLED module, so that the glass plate is a transparent light-emitting element.
  • an OLED acts as a Lambert 'em radiator. At the transition from the glass plate to the air in the adjacent outer space, total reflections occur due to the different refractive indices. As a result, the efficiency of the light extraction is limited.
  • the luminance is thus at least approximately independent of the emission angle.
  • a clear light output in a targeted direction is therefore not possible with the known light module as such.
  • This can be particularly disadvantageous if the light module is to be used as a surface-emitting luminaire or as part of such a luminaire, wherein light is to be emitted predominantly into a specific solid angle range.
  • the invention is based on the object, a corresponding improved
  • the lighting module should be improved
  • a lighting module which has a plate-shaped, active element, and a plate-shaped support member having a surface, on which the active element is arranged.
  • the light-emitting module also has a transparent light-emitting element, which is preferably formed by the carrier element. In this case, at least a part of a surface of the light-emitting element is provided with an active or variable optical structure.
  • the optical structure makes it possible to specifically influence the directional distribution in the output of the light generated by the active element.
  • Controlled light module targeted is particularly well suited for the realization of a directed illumination, for example for the illumination of objects. It is also possible to restrict a radiation angle of the light to be emitted; As a result, for example, in the case of a corresponding luminaire, a glare limitation can be effected.
  • the optical structure can also cause fewer totaheeflexions to occur on the surface of the light-emitting element, so that the light extraction efficiency of the light-emitting module can be increased in this way.
  • the active or variable optical structure comprises two transparent electrodes and a material located between the electrodes, the structure of which varies as a function of an electrical voltage applied between the electrodes.
  • the material located between the electrodes is a through
  • Elastomer or acrylates or an acrylate formed may be formed by, for example, an amorphous fluoropolymer.
  • the light module is designed such that the material located between the electrodes has a structure.
  • This structure may advantageously have a lens structure or be formed from such a lens structure.
  • this structure may have or be formed of a prism structure. This is particularly well suited for targeted light control.
  • the structure may be formed differently in different areas. As a result, a special lighting effect can be achieved.
  • the structure may therefore have, for example, different microstructures in different areas on the surface of the light-emitting element, for example prisms in a first region and lenses in a second region or prisms of a first orientation in a first region and prisms of a second orientation in a second region different from the first orientation.
  • the active or variable optical structure can advantageously extend over the entire surface of the light module. Alternatively it can be provided that extends the active or variable optical structure only over a portion of the surface of the light module. This also makes special
  • Light effects with the light module can be achieved.
  • this allows a combination of directed and undirected light output; this can be used, for example, to generate symbols on the light emission surface of the
  • Light module can be used.
  • the transparent light-emitting element Preferably, between the transparent light-emitting element and the active or variable optical structure another, with respect to their properties not changeable or not changeable optical structure is arranged.
  • This further optical structure may in particular have or consist of a Lmsen structure.
  • the light-emitting element may be formed by the carrier element and / or be formed by an encapsulation which is arranged on a side of the active element opposite the carrier element.
  • differently structured regions of the active or variable optical structure may also be formed on the encapsulation and / or the optical structure may optionally be formed differently on the side of the carrier element than on the side of the encapsulation.
  • the active element is formed by an OLED or QLED structure.
  • Figures 2a and 2b further sketches to the first embodiment to the
  • Figures 6a and 6b is a plan view and a sectional view of an embodiment with differently shaped surface areas and
  • the light module comprises a plate-shaped, active element 12.
  • the active element 12 is designed to generate a light when an electrical current is applied.
  • the active element 12 may comprise two electrodes, as well as an organic layer disposed between the electrodes, wherein upon application of the current to the electrodes, the organic layer generates the light.
  • the active element 12 may comprise or consist of an OLED.
  • the active element 12 may alternatively comprise or consist of a QLED (QLED: quantum dots light emitting diode). If the execution of the active element 12 with an opaque electrode, light is emitted only in the direction of the transparent second electrode of the active element 12; if, on the other hand, both electrodes of the active element 12 are made transparent, the
  • the lighting module comprises a transparent carrier element 10, which has a surface 101 on which the active element 12 is arranged.
  • the carrier element 10 may be a carrier substrate, in particular in the form of a glass plate or plastic film or plate.
  • the light module also includes a transparent or translucent
  • Light-emitting element 10 ' which - as in the example shown the case - can be formed in particular by the support member 10.
  • the lighting module can have an encapsulation 11, which is arranged opposite the support element 10 with respect to the active element 12 and which is designed to protect the active element 12 from undesired environmental influences.
  • the encapsulation 11 may also be designed plate-shaped. In that regard, the lighting module may correspond in particular to the known light module described above.
  • the light module can be designed as a lamp or as part of a lamp;
  • Lichtabgabe circuit 10 'have a size of more than 1 cm by 1 cm, preferably more than 3 cm by 3 cm.
  • a charge L of the light generated by the active element 12 is through the
  • Light emitting element 10 Provided therethrough.
  • the light module of the sketch in FIG. 1 is oriented in such a way that this output L takes place in the upper half space, that is to say briefly "upwards”.
  • a further delivery L 'of the light generated by the active element 12 with respect to the active element 12 may be provided in an opposite direction, or in the lower half space or shortly “downwards".
  • the light-emitting element 10 ' can also be formed by the encapsulation 11. Also, the light emitting element 10 'may be formed on the one hand by the support member 10 and on the other hand by the encapsulation 11, so be carried out in two parts. For the sake of brevity, the case where the light-emitting element 10 'is formed by the support member 10 will be considered below. In one of the further possible cases of the configuration of the light-emitting element 10 ', the description is to be correspondingly adapted to understand.
  • At least part of a surface 102 of the light emitting element 10 ' is provided with an active or variable optical structure 200. Accordingly, the light-emitting module is configured in such a way that the light generated by the active element 12 at least partially passes first through the light-emitting element 10 ', then leaves the optical structure 200 and subsequently the light-emitting module.
  • the surface 102 may be, in particular, a surface of the
  • Light emitting element 10 ' which is arranged opposite to the active element 12.
  • Light emitting element 10 ' that surface 102 which is at least partially provided with the optical slab Kr 200. If the optical structure 200 is at least partially arranged on the encapsulation 11, it is preferably provided accordingly-with reference to FIG. 1 -on the downwardly facing surface of the encapsulation 11.
  • FIGS. 2a and 2b an enlarged detail of FIG. 1 is sketched.
  • the surface 102 of the light-emitting element 10 ' can be seen with the optical structure 200.
  • the optical structure 200 can be changed as mentioned, and in FIGS. 2a and 2b two states of the optical structure 200 that are different in this sense are sketched by way of example.
  • the active or variable optical structure 200 preferably comprises a first transparent electrode 21 and a second transparent electrode 22, as well as a transparent material 20 located between the electrodes 21, 22 or a transparent layer located between the electrodes 21, 22; whose structure or shape changes as a function of an applied between the electrodes 21, 22 electrical voltage U. In this way, by changing the voltage U, the directional behavior of the light emitted by the lighting module can be influenced in a targeted manner.
  • the optical structure 200 in this sense represents an "adaptive" element or an "adaptive optic", the material 20 an "active material” or a "deflection layer".
  • the first electrode 21 can-in particular directly-be arranged flat on the surface 102 of the light-emitting element 10 ', the second electrode 22 above the material 20.
  • the electrodes 21, 22 can consist of an electrically conductive material, for example of ITO (indium-tin oxide), FTO (fluorine-doped tin oxide), ZnO (zinc oxide), PEDOT (polyethylenedioxythiophene) or the like.
  • the material 20 may be one of materials that changes surface tension based on "electrowetting," such as an amorphous fluoropolymer, and may also be an electroactive material, such as an elastomer or the like an acrylate.
  • the optical structure 200 may be formed to change its shape in response to said voltage such that the light generated by the active element 12 undergoes directional control as it passes through the optical structure 200 is dependent on the voltage U.
  • individual optical elements 25 can be formed by the optical structure 200, which are distributed over at least part of the surface 102 of the light emission element 10 ', wherein these optical elements 25 a
  • the structure or shape of the material 20 or of the layer between the electrodes 21, 22 may be formed by impressing.
  • the structure may have a lens structure, in particular a microlens structure, or may be formed by a lens, as exemplified in FIGS. 2 a and 2 b.
  • the optical elements 25 are therefore lenses or microlenses in this case.
  • Fig. 2a a state is sketched in which no voltage U is applied to the electrodes 21, 22, in Fig. 2b, a further state in which a voltage U is applied.
  • the configuration can be such that a radius of curvature of the corresponding lenses changes as a function of the voltage U, for example becomes smaller with increasing voltage U. Said change in shape of the optical structure 200 causes a change in the vertical extent of the optical structure 200. This process is reversible and, on removal of the applied voltage U, leads to a regression in the region sketched in FIG. 2a
  • the optical structure 200 is formed very flat, so that the
  • Total light module can be executed with a low overall height.
  • the optical structure 200 has a smaller vertical
  • Light-emitting element 10 '- has as the carrier element 10th
  • the optical structure 200 may be formed as a film or a thin layer.
  • the microlenses used in this embodiment increase their focal length upon application of the voltage U. This is indicated by arrows in Figs. 2a and 2b the optical elements 25 indicated.
  • the second electrode 22 runs quasi-parallel to the first electrode 21.
  • an increase in the coupling-out efficiency can be achieved by reducing total reflections between the light emission element 10 'and the air adjacent in the outer space in comparison with the known light module mentioned above.
  • the value of the refractive index for air HL is 1.0; for the material of the
  • the value of the refractive index nj is typically between 1.0 and 1.5.
  • the optical structure 200 is designed such that the electrodes 21, 22 and / or the material 20 each have a refractive index ns, for which ni ⁇ ns ⁇ nj.
  • trapezoidal elements are used as the optical elements 25 instead of the microlenses in cross section.
  • the optical elements 25 accordingly form prisms; the material 20 thus has one
  • Prismatic structure in particular a Mifaoprismenstmktur on.
  • the directed orientation of the second electrode 22 leads to a convolution of the coupled-out light toward the flat edge of the trapezium a side lighting can be used.
  • the optical elements 25 may, for example, also be formed by pyramidal elements or scattering centers.
  • the first electrode 21 is not arranged directly on the light-emitting element 10 ', but-preferably directly-on the further optical structure 30 or the intermediate layer. In this way, a further reduction of the total reflections between the
  • the further optical structure 30 may in particular be a lens structure or
  • a corresponding further optical structure 30 can also be used in conjunction with the first exemplary embodiment, that is to say with optical lenses designed as microlenses
  • Elements 25 or other optical elements are used.
  • the structure formed by the material 20 may be in
  • different areas or subregions of the surface 102 may be formed differently. For example, it may have microprisms in a first region of the surface 102 and micro-lenses in a second region or microprisms of a first orientation in a first region and microprisms of a second orientation in a second region which differs from the first orientation and the like. s. w. In this way, in particular very different directional properties of the light emitted by the light module can be effected.
  • the active or variable optical structure 200 may advantageously over the entire surface of the light module or over the entire surface 102 of the Light emitting element 10 'extend. Alternatively it can be provided that the active or variable optical structure 200 extends only over a partial area of the surface of the lighting module or only over a partial area of the surface 102 of the light emitting element 10 '. This also makes special
  • FIGS. 5a and 5b show an embodiment with a further embodiment
  • the optical structure 200 is embodied such that the second electrode 22 extends only over part of the material 20, hereinafter referred to as "active region" 26.
  • the described variable directional influence is therefore limited to the active region 26 in this case.
  • Fig. 6a is a corresponding plan view of the surface 102 of the
  • Light emitting element 10 'outlined.
  • only one area of the surface 102 is provided with the second electrode 22, so that this area forms the active area 26.
  • the remaining area of the surface 102 may, for example, be covered only with the first electrode 21 and the material 20, as shown by way of example in FIGS. 5a and 5b.
  • the material 20 may also have a microlens structure or other structure in the region not covered by the second electrode 22, so that a region which can not be influenced or changed by the voltage U is in this region optical effect can be achieved.
  • the second electrode 22 preferably extends for easier electrical contacting to the edge region of the surface 102. This may be configured, for example, by a corresponding "web" 28.
  • electrostatic forces are effective the variable voltage U is dominant, not one
  • the web 28 is preferably designed such that the voltage drop across the web 28 is not greater than 10%.
  • the width of the web 28 advantageously extends over at least three to five optical elements 25 to ensure a good continuous supply line.
  • FIGS. 7a and 7b Another example is sketched accordingly in FIGS. 7a and 7b.
  • a subregion of the surface 102 is designed as an active region 26, although, for example, no micro-lenses, but microprisms are provided as optical elements 25.
  • the remaining area of the surface 102 may, for example, be formed without the optical structure 200, so that, viewed in plan view, the corresponding area of the surface 102 of the
  • Light emitting element 10 can be seen.
  • the remaining region can be covered, for example, with the further optical structure 30, which, of course, can also extend in the aforementioned sense over the active region 26, under the corresponding optical elements 25.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leuchtmodul, das ein plattenförmiges, aktives Element (12) aufweist, sowie ein plattenförmiges Trägerelement (10), das eine Oberfläche (101) aufweist, auf der das aktive Element (12) angeordnet ist. Das Leuchtmodul weist auch ein transparentes Lichtabgabeelement (10') auf, das vorzugsweise durch das Trägerelement (10) gebildet ist. Dabei ist zumindest ein Teil einer Oberfläche (102) des Lichtabgabeelements (10') mit einer aktiven bzw. veränderbaren optischen Struktur (200) versehen. Diese kann beispielsweise zwei Elektroden und ein dazwischenliegendes Material aufweisen, wobei sich die Form der Struktur (200) in Abhängigkeit einer an die Elektroden angelegten Spannung verändert. Durch die optische Struktur (200) wird ermöglicht, dass die Richtungsverteilung der Abgabe des von dem aktiven Element (12) erzeugten Lichts gezielt beeinflusst werden kann. Es lässt sich also mit anderen Worten die Abstrahlcharakteristik gezielt steuern. Auf diese Weise eignet sich das Leuchtmodul besonders gut zur Realisierung einer gerichteten Beleuchtung, beispielsweise zur Beleuchtung von Objekten.

Description

Leuchtmodul mit steuerbarer Lichtlenkung
Die Erfindung betrifft ein Leuchtmodul mit einem plattenförmigen, aktiven Element und einem plattenförmigen Trägerelement, das eine Oberfläche aufweist, auf der das aktive Element angeordnet ist, sowie mit einem transparenten Lichtabgabeelement, welches vorzugsweise durch das Trägerelement gebildet ist.
Ein derartiges Leuchtmodul ist aus dem Stand der Technik in Form eines OLED- Leuchtmoduls (OLED: organische Licht emittierende Diode) bekannt. Das OLED- Leuchtmodul umfasst ein plattenförmiges, aktives Element in Form zweier Elektroden und einer zwischen den Elektroden angeordneten organischen Schicht, die Licht abgibt, wenn an den Elektroden ein Strom angelegt wird. Das aktive Element ist auf einem plattenförmigen Trägerelement in Form einer Glasplatte oder Folie aus Kunststoff oder Metall angeordnet. Durch die Glasplatte hindurch kann das von dem aktiven Element erzeugte Licht das OLED-Modul verlassen, so dass die Glasplatte ein transparentes Lichtabgabeelement darstellt.
Aufgrund ihres Aufbaus wirkt eine OLED als Lambert 'scher Strahler. Am Übergang von der Glasplatte zu der Luft im angrenzenden Außenraum kommt es aufgrund der unterschiedlichen Brechzahlen zu Totalreflexionen. Hierdurch ist die Effizienz der Lichtauskopplung limitiert.
Die Leuchtdichte ist also zumindest näherungsweise unabhängig vom Abstrahlwinkel. Eine deutliche Lichtabgabe in eine gezielte Richtung ist daher mit dem bekannten Leuchtmodul als solchem nicht möglich. Dies kann insbesondere von Nachteil sein, wenn das Leuchtmodul als flächig abstrahlende Leuchte oder als Teil einer solchen Leuchte verwendet werden soll, wobei Licht überwiegend in einen bestimmten Raumwinkelbereich abgegeben werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes verbessertes
Leuchtmodul anzugeben. Insbesondere soll das Leuchtmodul verbesserte
Lichtabgabeeigenschaften aufweisen können. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit dem in dem unabhängigen Anspruch genannten Gegenstand gelöst. Besondere Ausfuhrungsarten der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung ist ein Leuchtmodul vorgesehen, das ein plattenförmiges, aktives Element aufweist, sowie ein plattenförmiges Trägerelement, das eine Oberfläche aufweist, auf der das aktive Element angeordnet ist. Das Leuchtmodul weist auch ein transparentes Lichtabgabeelement auf, das vorzugsweise durch das Trägerelement gebildet ist. Dabei ist zumindest ein Teil einer Oberfläche des Lichtabgabeelements mit einer aktiven bzw. veränderbaren optischen Struktur versehen.
Durch die optische Struktur wird ermöglicht, dass die Richtungsverteilung bei der Abgabe des von dem aktiven Element erzeugten Lichts gezielt beeinflusst werden kann. Es lässt sich also mit anderen Worten die Abstrahlcharakteristik des
Leuchtmoduls gezielt steuern. Auf diese Weise eignet sich das Leuchtmodul besonders gut zur Realisierung einer gerichteten Beleuchtung, beispielsweise zur Beleuchtung von Objekten. Es lässt sich auch ein Abstrahlwinkel des abzugebenden Lichts einschränken; hierdurch kann beispielsweise im Fall einer entsprechenden Leuchte eine Blendungsbegrenzung bewirkt werden.
Außerdem lässt sich die optische Struktur mit Bezug auf das plattenförmige
Trägerelement sehr flach gestalten, so dass die Bauhöhe des Leuchtmoduls insgesamt entsprechend niedrig gehalten werden kann.
Auch lässt sich durch die optische Struktur bewirken, dass weniger Totaheflexionen an der Oberfläche des Lichtabgabeelements auftreten, so dass sich auf diese Weise die Lichtauskoppeleffizienz des Leuchtmoduls steigern lässt.
Vorzugsweise umfasst die aktive bzw. veränderbare optische Struktur zwei transparente Elektroden sowie ein zwischen den Elektroden befindliches Material, dessen Struktur sich in Abhängigkeit von einer zwischen den Elektroden anliegenden elektrischen Spannung verändert. Hierdurch lässt sich besonders gut eine steuerbare Beeinflussung der Abstrahlcharakteristik erzielen. Vorzugsweise ist das zwischen den Elektroden befindliche Material durch ein
Elastomer oder Acrylate bzw. ein Acrylat gebildet. Alternativ kann es beispielsweise durch ein amorphes Fluorpolymer gebildet sein.
Vorteilhaft ist das Leuchtmodul derart gestaltet, dass das zwischen den Elektroden befindliche Material eine Struktur aufweist. Diese Struktur kann vorteilhaft eine Linsenstruktur aufweisen oder aus einer solchen gebildet sein. Alternativ kann diese Struktur eine Prismenstruktur aufweisen oder aus einer solchen gebildet sein. Dies ist für eine gezielte Lichtlenkung besonders gut geeignet.
Vorteilhaft kann die Struktur in unterschiedlichen Bereichen unterschiedlich ausgebildet sein. Hierdurch ist eine besondere Lichtwirkung erzielbar. Die Struktur kann also in unterschiedlichen Bereichen auf der Oberfläche des Lichtabgabeelements beispielsweise unterschiedliche Mikrostrukturen aufweisen, beispielsweise in einem ersten Bereich Prismen und in einem zweiten Bereich Linsen oder in einem ersten Bereich Prismen einer ersten Orientierung und in einem zweiten Bereich Prismen einer zweiten Orientierung, die sich von der ersten Orientierung unterscheidet.
Die aktive bzw. veränderbare optische Struktur kann sich vorteilhaft über die gesamte Oberfläche des Leuchtmoduls erstrecken. Alternativ kann vorgesehen sein, dass sich die aktive bzw. veränderbare optische Struktur lediglich über einen Teilbereich der Oberfläche des Leuchtmoduls erstreckt. Auch hierdurch sind besondere
Lichtwirkungen mit dem Leuchtmodul erzielbar. Insbesondere wird hierdurch eine Kombination gerichteter und ungerichteter Lichtabgabe ermöglicht; dies kann beispielsweise zur Erzeugung von Symbolen auf der Lichtabgabefläche des
Leuchtmoduls genutzt werden.
Vorzugsweise ist zwischen dem transparenten Lichtabgabeelement und der aktiven bzw. veränderbaren optischen Struktur eine weitere, hinsichtlich ihrer Eigenschaften nicht veränderliche bzw. nicht veränderbare optische Struktur angeordnet. Diese weitere optische Struktur kann insbesondere eine Lmsenstruktur aufweisen oder aus einer solchen bestehen. Hierdurch ist insbesondere eine weitergehende Steigerung der Lichtauskoppeleffizienz erzielbar. Das Lichtabgabeelement kann durch das Trägerelement gebildet sein und/oder durch eine Verkapselung gebildet sein, die auf einer dem Trägerelement gegenüberliegenden Seite des aktiven Elements angeordnet ist. Dabei können gegebenenfalls auch auf der Verkapselung unterschiedlich strukturierte Bereiche der aktiven bzw. veränderbaren optischen Struktur ausgebildet sein und/oder es kann gegebenenfalls auf der Seite des Trägerelements die optische Struktur anders ausgebildet sein als auf der Seite der Verkapselung. Vorzugsweise ist das aktive Element durch eine OLED- oder QLED-Struktur gebildet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: eine skizzenhafte Schnittdarstellung zu einem ersten
Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leuchtmoduls,
Figuren 2a und 2b weitere Skizzen zu dem ersten Ausführungsbeispiel um die
Licht abgebende Oberfläche des Lichtabgabeelements,
Figuren 3 a und 3 b entsprechende Skizzen zu einem zweiten
Ausfuhrungsbeispiel,
Figuren 4a und 4b entsprechende Skizzen zu einem dritten
Ausfuhrungsbeispiel, und 5b entsprechende Skizzen zu einem vierten
Ausfuhrungsbeispiel,
Figuren 6a und 6b eine Aufsicht und eine Schnittdarstellung einer Ausführung mit unterschiedlich gestalteten Oberflächenbereichen und
Figuren 7a und 7b entsprechende Skizzen für ein weiteres Beispiel mit
unterschiedlich gestalteten Oberflächenbereichen. In Fig. 1 ist ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Leuchtmoduls im Schnitt skizziert. Das Leuchtmodul umfasst ein plattenformiges, aktives Element 12. Das aktive Element 12 ist dazu ausgebildet, bei Anlegen eines elektrischen Stroms ein Licht zu erzeugen. Das aktive Element 12 kann zwei Elektroden umfassen, sowie eine organische Schicht, die zwischen den Elektroden angeordnet ist, wobei bei Anlegen des Stroms an die Elektroden die organische Schicht das Licht erzeugt. Das aktive Element 12 kann eine OLED aufweisen oder aus einer solchen bestehen. Das aktive Element 12 karm alternativ eine QLED (QLED: quantum dots light emitting diode) umfassen oder aus einer solchen bestehen. Erfolgt die Ausführung des aktiven Elements 12 mit einer opaquen Elektrode, so wird Licht nur in Richtung der transparenten zweiten Elektrode des aktiven Elements 12 emittiert; werden dagegen beide Elektroden des aktiven Elements 12 transparent ausgeführt, erfolgt die
Lichtemission nach unten und oben.
Weiterhin umfasst das Leuchtmodul ein transparentes Trägerelement 10, das eine Oberfläche 101 aufweist, auf der das aktive Element 12 angeordnet ist. Bei dem Trägerelement 10 kann es sich um ein Trägersubstrat handeln, insbesondere in Form einer Glasplatte oder Kunststofffolie oder -platte.
Das Leuchtmodul umfasst auch ein transparentes bzw. lichtdurchlässiges
Lichtabgabeelement 10', das - wie im gezeigten Beispiel der Fall - insbesondere durch das Trägerelement 10 gebildet sein kann. Außerdem kann das Leuchtmodul eine Verkapselung 11 aufweisen, die mit Bezug auf das aktive Element 12 dem Trägerelement 10 gegenüberliegend angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, das aktive Element 12 vor ungewollten Umweltbeeinflussungen zu schützen. Die Verkapselung 11 kann ebenfalls plattenförmig gestaltet sein. Insoweit kann das Leuchtmodul insbesondere dem eingangs beschriebenen, bekannten Leuchtmodul entsprechen.
Das Leuchtmodul kann als Leuchte oder als Teil einer Leuchte ausgebildet sein; hierzu kann die Lichtabgabefläche 10' insbesondere als Lichtabgabefläche der Leuchte bzw. als Teil der Lichtabgabefläche der Leuchte dienen. Beispielsweise kann die
Lichtabgabefläche 10' eine Größe von mehr als 1 cm mal 1 cm, vorzugsweise mehr als 3 cm mal 3 cm aufweisen. Eine Abgabe L des von dem aktiven Element 12 erzeugten Lichts ist durch das
Lichtabgabeelement 10' hindurch vorgesehen. Zur Beschreibung wird im Folgenden davon ausgegangen, dass das Leuchtmodul— der Skizze in Fig. 1 entsprechend - derart orientiert ist, dass diese Abgabe L in den oberen Halbraum erfolgt, also kurz„nach oben".
Außerdem kann im Fall einer transparent ausgeführten Verkapselung 11 eine weitere Abgabe L ' des von dem aktiven Element 12 erzeugten Lichts mit Bezug auf das aktive Element 12 in eine entgegengesetzte Richtung vorgesehen sein bzw. in den unteren Halbraum oder kurz„nach unten".
Das Lichtabgabeelement 10' kann auch durch die Verkapselung 11 gebildet sein. Auch kann das Lichtabgabeelement 10' einerseits durch das Trägerelement 10 und andererseits durch die Verkapselung 11 gebildet sein, also zweiteilig ausgeführt sein. Der leichteren Beschreibung halber wird im Folgenden der Fall betrachtet, dass das Lichtabgabeelement 10' durch das Trägerelement 10 gebildet ist. In einem der weiteren genannten möglichen Fälle der Ausgestaltung des Lichtabgabeelements 10' ist die Beschreibung entsprechend angepasst zu verstehen.
Zumindest ein Teil einer Oberfläche 102 des Lichtabgabeelements 10' ist mit einer aktiven bzw. veränderbaren optischen Struktur 200 versehen. Das Leuchtmodul ist dementsprechend also derart gestaltet, dass das von dem aktiven Element 12 erzeugte Licht zumindest teilweise zunächst das Lichtabgabeelement 10' durchsetzt, anschließend die optische Struktur 200 und im Weiteren das Leuchtmodul verlässt. Bei der Oberfläche 102 kann es sich insbesondere um eine Oberfläche des
Lichtabgabeelements 10' handeln, die dem aktiven Element 12 gegenüberliegend angeordnet ist. Im gezeigten Beispiel ist also die„obere" Oberfläche des
Lichtabgabeelements 10' diejenige Oberfläche 102, die zumindest teilweise mit der optischen Sl krur 200 versehen ist. Ist die optische Struktur 200 zumindest teilweise auf der Verkapselung 11 angeordnet, ist sie vorzugsweise entsprechend - mit Bezug auf Fig. 1 - auf der nach unten weisenden Oberfläche der Verkapselung 11 vorgesehen.
In den Figuren 2a und 2b ist ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 1 skizziert. Man erkennt die Oberfläche 102 des Lichtabgabeelements 10' mit der optischen Struktur 200. Die optische Struktur 200 ist wie erwähnt veränderbar und in den Figuren 2a und 2b sind beispielhaft zwei in diesem Sinne unterschiedliche Zustände der optischen Struktur 200 skizziert.
Vorzugsweise umfasst die aktive bzw. veränderbare optische Struktur 200 eine erste transparente Elektrode 21 und eine zweite transparente Elektrode 22, sowie ein zwischen den Elektroden 21, 22 befindliches, transparentes Material 20 bzw. eine zwischen den Elektroden 21, 22 befindliche transparente Schicht, dessen bzw. deren Struktur bzw. Form sich in Abhängigkeit von einer zwischen den Elektroden 21, 22 anliegenden elektrischen Spannung U verändert. Auf diese Weise lässt sich durch Ändern der Spannung U das Richtungsverhalten des von dem Leuchtmodul abgegebenen Lichts gezielt beeinflussen. Die optische Struktur 200 stellt in diesem Sinne ein„adaptives" Element bzw. eine„adaptive Optik" dar, das Material 20 ein „aktives Material" bzw. eine„Auslenkungsschicht".
Die erste Elektrode 21 kann - insbesondere unmittelbar - plan auf der Oberfläche 102 des Lichtabgabeelements 10' angeordnet sein, die zweite Elektrode 22 oberhalb des Materials 20. Die Elektroden 21, 22 können aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, beispielsweise aus ITO (indium-tin oxide), FTO (fluorine-doped tin oxide), ZnO (zink oxide), PEDOT (Polyethylendioxythiophen) oder Ähnlichem.
Bei dem Material 20 kann es sich um eines von Materialien handeln, die auf Basis des „Electrowettings" ihre Oberflächenspannung verändern, beispielsweise um ein amorphes Fluorpolymer. Auch kann es sich bei dem Material 20 um ein elektroaktives Material handeln, beispielsweise um ein Elastomer oder um ein Acrylat. Insbesondere kann die optische Struktur 200 derart ausgebildet sein, dass sie ihre Form in Abhängigkeit von der genannten Spannung [/verändert, derart, dass das Licht, das von dem aktiven Element 12 erzeugt wird, beim Durchsetzen der optischen Struktur 200 eine Richtungsbeeinflussung erfährt, die von der Spannung U abhängig ist. Durch die optische Struktur 200 können insbesondere einzelne optische Elemente 25 gebildet sein, die über zumindest einen Teil der Oberfläche 102 des Lichtabgabeelements 10' verteilt angeordnet sind, wobei diese optischen Elemente 25 eine
Lichtlenkimgsslixiktur bilden. Beispielsweise kann die Struktur bzw. Form des Materials 20 bzw. der Schicht zwischen den Elektroden 21, 22 durch Einprägen gebildet sein. Die Struktur kann beispielsweise eine Linsenstruktur, insbesondere eine Mikrolinsenstruktur aufweisen bzw. durch eine solche gebildet sein, wie in den Figuren 2a und 2b beispielhaft skizziert. Die optischen Elemente 25 sind in diesem Fall also Linsen bzw. Mikrolinsen. In Fig. 2a ist ein Zustand skizziert, in dem keine Spannung U an den Elektroden 21 , 22 angelegt ist, in Fig. 2b ein weiterer Zustand, in dem eine Spannung U angelegt ist.
Die Ausgestaltung kann dabei derart sein, dass sich ein Krümmungsradius der entsprechenden Linsen in Abhängigkeit der Spannung U ändert, beispielsweise mit zunehmender Spannung U kleiner wird. Die genannte Formveränderung der optischen Struktur 200 bewirkt hierbei eine Veränderung der vertikalen Ausdehnung der optischen Struktur 200. Dieser Vorgang ist reversibel und führt bei Entfernung der angelegten Spannung U zu einer Rückbildung in den in Fig. 2a skizzierten
Ausgangszustand, in dem keine Spannung U angelegt ist.
Vorzugsweise ist die optische Struktur 200 sehr flach ausgebildet, so dass das
Leuchtmodul insgesamt mit geringer Bauhöhe ausgeführt werden kann. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die optische Struktur 200 eine geringere vertikale
Erstreckung - bzw. Erstreckung normal zu der Oberfläche 102 des
Lichtabgabeelements 10' - aufweist als das Trägerelement 10.
Die optische Struktur 200 kann als Folie oder dünne Schicht ausgebildet sein. Ausgehend von dem in Fig. 2a gezeigten Zustand, in dem keine Spannung U an den Elektroden 21, 22 angelegt ist, vergrößern die bei dieser Ausführung verwendeten Mikrolinsen ihre Brennweite bei Anlegen der Spannung U. Dies ist in den Figuren 2a und 2b durch Pfeile an den optischen Elementen 25 angedeutet. Im Grenzfall einer „maximalen" Spannung U verläuft die zweite Elektrode 22 quasi parallel zu der ersten Elektrode 21.
Durch die optische Struktur 200 lässt sich im Vergleich zu dem eingangs genannten, bekannten Leuchtmodul prinzipiell eine Erhöhung der Auskoppeleffizienz durch Verringerung von Totalreflexionen zwischen dem Lichtabgabeelement 10' und der im Außenraum angrenzenden Luft erzielen.
Der Wert des Brechungsindexes für Luft HL beträgt 1,0; für das Material des
Lichtabgabeelements 10' beträgt der Wert des Brechungsindexes nj typischerweise zwischen 1,0 und 1,5. Vorzugsweise ist die optische Struktur 200 derart gestaltet, dass die Elektroden 21, 22 und/oder das Material 20 jeweils einen Brechungsindex ns aufweisen, für den gilt ni < ns < nj.
In den Figuren 3 a und 3b ist ein zweites Ausrahrungsbeispiel entsprechend skizziert. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel eingegangen. Die Bezugszeichen sind analog gebraucht.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind anstelle der Mikrolinsen im Querschnitt trapezförmige Elemente als optische Elemente 25 verwendet. Hier bilden die optischen Elemente 25 dementsprechend Prismen; das Material 20 weist also eine
Prismenstruktur, insbesondere eine Mifaoprismenstmktur auf.
Hierdurch lässt sich eine gezielte Lichtsteuerung durch eine„adaptive Trapezstruktur" bewirken. Die gerichtete Orientierung der zweiten Elektrode 22 führt in diesem Fall zu einer Faltung des ausgekoppelten Lichts hin zur flachen Kante des Trapezes. Das Licht wird hierdurch in eine Pachtung abgelenkt und kann beispielsweise für eine seitliche Beleuchtung eingesetzt werden. Die optischen Elemente 25 können beispielsweise auch durch pyramidenförmige Elemente oder Streuzentren gebildet sein.
In den Figuren 4a und 4b ist ein drittes Ausruhrungsbeispiel entsprechend skizziert. Hierbei ist zwischen der optischen Struktur 200 und dem Lichtabgabeelement 10' eine weitere optische Struktur 30, beispielsweise in Form einer strukturierten
Zwischenschicht angeordnet. In diesem Fall ist die erste Elektrode 21 nicht unmittelbar auf dem Lichtabgabeelement 10' angeordnet, sondern - vorzugsweise unmittelbar - auf der weiteren optischen Struktur 30 bzw. der Zwischenschicht. Auf diese Weise lässt sich eine weitergehende Verringerung der Totalreflexionen zwischen dem
Lichtabgabeelement 10' und ersten Elektrode 21 bzw. der Schicht bzw. dem Material 20 erzielen. Hierdurch kann die Emkopplung des Lichts in die optische Struktur 200 verbessert werden, so dass sich insgesamt die Effizient des Leuchtmoduls weiter steigern lässt.
Die weitere optische Struktur 30 kann insbesondere eine Linsenstruktur bzw.
Mikrolinsenstruktur aufweisen oder aus einer solchen bestehen.
Eine entsprechende weitere optische Struktur 30 kann auch in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel, also mit als Mikrolinsen ausgebildeten optischen
Elementen 25 bzw. anderweitigen optischen Elementen (Pyramiden, Streuzentren) verwendet werden.
Vorteilhaft kann die Struktur, die durch das Material 20 gebildet ist, in
unterschiedlichen Bereichen bzw. Teilbereichen der Oberfläche 102 unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise kann sie in einem ersten Bereich der Oberfläche 102 Mikroprismen und in einem zweiten Bereich Mikrolinsen aufweisen oder in einem ersten Bereich Mikroprismen einer ersten Orientierung und in einem zweiten Bereich Mikroprismen einer zweiten Orientierung, die sich von der ersten Orientierung unterscheidet u. s. w. Auf diese Weise lassen sich insbesondere sehr unterschiedliche Richtungseigenschaften des von dem Leuchtmodul abgegebenen Lichts bewirken.
Die aktive bzw. veränderbare optische Struktur 200 kann sich vorteilhaft über die gesamte Oberfläche des Leuchtmoduls bzw. über die gesamte Oberfläche 102 des Lichtabgabeelements 10' erstrecken. Alternativ kann vorgesehen sein, dass sich die aktive bzw. veränderbare optische Struktur 200 lediglich über einen Teilbereich der Oberfläche des Leuchtmoduls bzw. lediglich über einen Teilbereich der Oberfläche 102 des Lichtabgabeelements 10' erstreckt. Auch hierdurch sind besondere
Lichtwirkungen mit dem Leuchtmodul erzielbar. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise vorteilhaft Symbole u. s. w. darstellen.
In den Figuren 5a und 5b ist eine Ausfiihrungsform mit einer weiteren
„Teilstrukturierung" skizziert. Hierbei ist die optische Struktur 200 derart ausgebildet, dass sich die zweite Elektrode 22 lediglich über einen Teil des Materials 20 hinweg erstreckt, im Folgenden als„aktiver Bereich" 26 bezeichnet. Die beschriebene veränderbare Richtungsbeeinflussung ist in diesem Fall also auf den aktiven Bereich 26 beschränkt. In Fig. 6a ist eine entsprechende Aufsicht auf die Oberfläche 102 des
Lichtabgabeelements 10' skizziert. Hierbei ist lediglich ein Bereich der Oberfläche 102 mit der zweiten Elektrode 22 versehen, so dass dieser Bereich den aktiven Bereich 26 bildet. Der restliche Bereich der Oberfläche 102 kann beispielsweise lediglich mit der ersten Elektrode 21 und dem Material 20 bedeckt sein, wie aus den Figuren 5a und 5b beispielhaft hervorgeht. Wie weiterhin in den Figuren 5a und 5b angedeutet, kann das Material 20 beispielsweise auch in dem nicht von der zweiten Elektrode 22 bedeckten Bereich eine Mikrolinsenstruktur - oder anderweitige Struktur— aufweisen, so dass in diesem Bereich eine nicht durch die Spannung U beeinflussbare bzw. veränderbare optische Wirkung erzielt werden kann.
Die zweite Elektrode 22 erstreckt sich vorzugsweise zur leichteren elektrischen Kontaktierung bis zum Randbereich der Oberfläche 102. Dies kann beispielsweise durch einen entsprechenden„Steg" 28 ausgestaltet sein. Hier wirken elektrostatische Kräfte. Vorzugsweise ist die Gestaltung derart, dass für die Funktion der optischen Schicht 200 die veränderbare Spannung U dominierend ist, nicht etwa ein
Stromtransport. Letzterer kann vielmehr vernachlässigbar sein.
Der Steg 28 ist vorzugsweise derart gestaltet, dass der Spannungsabfall über den Steg 28 nicht größer als 10% ist. Die Breite des Stegs 28 erstreckt sich vorteilhaft über wenigstens drei bis fünf optische Elemente 25, um eine gute zusammenhängende Zuleitung zu gewährleisten.
Wie in Fig. 6b symbolisch im Schnitt angedeutet, sind also in den unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Abstrahlcharakteristiken zu erzielen.
Ein weiteres Beispiel ist in den Figuren 7a und 7b entsprechend skizziert. Hier ist ein Teilbereich der Oberfläche 102 als aktiver Bereich 26 gestaltet, wobei jedoch beispielhaft keine Mikrolinsen, sondern Mikroprismen als optische Elemente 25 vorgesehen sind. Der restliche Bereich der Oberfläche 102 kann bei dieser Ausführung beispielsweise ohne die optische Struktur 200 ausgebildet sein, so dass in der Aufsicht betrachtet unmittelbar der entsprechende Bereich der Oberfläche 102 des
Lichtabgabeelements 10' zu sehen ist. Alternativ kann der restliche Bereich beispielsweise mit der weiteren optischen Struktur 30 bedeckt sein, die sich natürlich darüber hinaus auch im oben genannten Sinn über den aktiven Bereich 26, unter den entsprechenden optischen Elementen 25 hinweg erstrecken kann.

Claims

Ansprüche
1. Leuchtmodul, aufweisend
ein plattenförmiges, aktives Element (12),
ein plattenförmiges Trägerelement (10), mit einer Oberfläche (101), auf der das aktive Element (12) angeordnet ist,
ein transparentes Lichtabgabeelement (10'), welches vorzugsweise durch das
Trägerelement (10) gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Teil einer Oberfläche (102) des Lichtabgabeelementes (10') mit einer aktiven bzw. veränderbaren optischen Struktur (200) versehen ist.
2. Leuchtmodul nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die aktive bzw. veränderbare optische Struktur (200) zwei transparente Elektroden (21, 22) sowie ein zwischen den Elektroden (21, 22) befindliches Material (20) umfasst, dessen Struktur sich in Abhängigkeit von der zwischen den Elektroden (21, 22) anliegenden Spannung (U) verändert.
3. Leuchtmodul nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das zwischen den Elektroden (21, 22) befindliche Material (20) durch ein Elastomer oder Acrylate gebildet ist.
4. Leuchtmodul nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das zwischen den Elektroden (21, 22) befindliche Material (20) durch ein amorphes Fluorpolymer gebildet ist.
5. Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen den Elektroden (21, 22) befindliche Material (20) eine Struktur aufweist.
6. Leuchtmodul nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Struktur eine Linsenstruktur aufweist.
7. Leuchtmodul nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Struktur eine Prismenstruktur aufweist.
8. Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Struktur in unterschiedlichen Bereichen unterschiedlich ausgebildet ist.
9. Leuchtmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die aktive bzw. veränderbare optische Struktur (200) sich über die gesamte Oberfläche des Leuchtmoduls erstreckt.
10. Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die aktive bzw. veränderbare optische Struktur sich (200) lediglich über einen Teilbereich der Oberfläche des Leuchtmoduls erstreckt.
11. Leuchtmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen dem transparenten Lichtabgabeelement (10') und der aktiven bzw. veränderbaren optischen Struktur (200) eine weitere, hinsichtlich ihrer Eigenschaften nicht veränderliche optische Struktur (30) angeordnet ist.
12. Leuchtmodul nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die weitere optische Struktur (30) eine Linsenstruktur aufweist.
13. Leuchtmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Lichtabgabeelement (10') durch das Trägerelement (10) und/oder durch Verkapselung (11) gebildet ist, die auf einer dem Trägerelement (10)
gegenüberliegenden Seite des aktiven Elements (12) angeordnet ist.
14. Leuchtmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das aktive Element (12) durch eine OLED- oder QLED-Struktur gebildet ist.
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