(57)【要約】散乱スクリーン上に配置されるマクロな構造幅を有する様々な発光層を備えた白色ＬＥＤを提供すること。例えば、第一の透明電極層（７）と互いに横方向に隣り合うように配置される、多色に発光する有機発光層（１，２，３）を備え、前記有機発光層は白色光を形成すべく混色される発光スペクトルを発生する。前記発光層（１，２，３）は、好ましくは帯状であり、製造を容易にするために、目で見ることができるマクロな寸法である。散乱基板（４）の厚さは、発光層（１，２，３）により放射されたビームが、少なくとも部分的に前記基板（４）表面上で重ね合わされるように選択される。これにより、視覚効果により白色光源を得ることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
散乱スクリーンとして形成される透明基板（４）と、
前記基板（４）に設けられる、少なくとも一つの第一の透明電極層（７）と、
加法混色によって白色光を発生させることが可能な、前記第一の電極層（７）上に互いに横方向に隣り合って配置される、複数のエレクトロルミネセンス発光層（１，２，３）と、
前記発光層（１，２，３）に設けられる、少なくとも一つの第二の電極層（５）と
を備えている、特に白色光源として用いられるエレクトロルミネセンス発光デバイスであって、
前記発光層（１，２，３）の横幅又は横方向の間隔あるいはその両方は、肉眼で観察して識別することができる程度の大きさであり、
前記基板（４）の厚さは、前記発光層（１，２，３）により発せられた前記散乱ビームの少なくとも一部が、前記基板（４）の光放射面上で重ね合わされるように選択される
ことを特徴とする、特に白色光源として用いられるエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項２】
前記発光層（１，２，３）が、有機材料で製造されることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項３】
複数の第一の電極（７）又は第二の電極（５）あるいはその両方は、発光スペクトルが異なる発光層（１，２，３）が互いに単独で動作させることができるように、かつ、同一の発光スペクトルを有するものは連動して動作させることができるように配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項４】
前記発光スペクトルは、それぞれの場合において一の発光層（１，２，３）によってのみ代表されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項５】
前記発光スペクトルは、それぞれの場合において複数の発光層により与えられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項６】
前記発光層（１，２，３）は、帯状であって、互いに平行に配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項７】
前記発光層は、その発光スペクトルに従って、交互に配置されることを特徴とする請求項５又は６に記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項８】
３種類の発光層（１，２，３）を備え、その発光スペクトルが、それぞれ赤、緑、青の波長域において最大値を有することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項９】
２種類の発光層を備え、その発光スペクトルが、それぞれ黄、青の波長域において最大値を有することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項１０】
前記基板（４）は、散乱中心を備えるオパールガラススクリーン又はプラスチック基板であることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれかに記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項１１】
前記発光層（１，２，３）には、それらの前記基板から離れている表面に反射層（５）が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれかに記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項１２】
前記第二の電極層は、同時に反射層として機能することを特徴とする請求項１０に記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項１３】
前記第一の電極層（７）は、前記基板（４）に設けられたＩＴＯ層であることを特徴とする請求項１から請求項１１までのいずれかに記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してエレクトロルミネセンス発光デバイスに係わり、特に特許請求の範囲１の前文に記載された、白色光源として用いることができるエレクトロルミネセンス発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、白熱灯やハロゲンランプを基礎とした従来型の白色光源を代替しようとする様々なアイデアが発展してきた。
【０００３】
最も進んだ構想は、ＧａＮ型またはＩｎＧａＮ型の半導体ＬＥＤを基礎としたものである。その半導体ＬＥＤは、当該ＬＥＤが発する光の波長の少なくとも一部分を変換するために、少なくとも部分的に変換基板を備える透明な注入成形樹脂材に埋め込まれる。この場合、エネルギの点では、ＬＥＤは、変換基板の発光スペクトルを超える、比較的広帯域の発光スペクトルを発生させる複数の発光領域を有することが好ましい。ＧａＮ型ＬＥＤにより発光される青色又はＵＶ波長域に属する光は、注入成形樹脂材を通過する際に、変換基板によりその少なくとも一部が黄色のスペクトル域の波長を有する光に変換されるため、加法混色により、白色光を発生させることができる。このような構想に基づいて、最近、懐中電灯等の小型の発光源が商業的に導入されるようになってきた。しかしながら、このような製品は、なお様々な欠点を有している。まず第一に、これらの白色光源の発光スペクトル曲線は、まだ最適なものではない。そのため、白色光源の生理的視覚効果が、少なくとも全ての視角からは得られないことが多い。さらに、ＧａＮ型ＬＥＤが発する光出力がまだ非常に弱く、また光変換が必要であるため、このような考えに基づいて白色光源から提供される光の強度は制限されている。従って、この構想を基にして、近い将来、広い範囲で高い光強度を有する白色光源を実現することは、期待されていない。
【特許文献１】
米国特許第６１６３０３８号公報
【特許文献２】
独国特許出願公開第１９９-１６-７４５-Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
白色光源を製造するためのより進んだ構想は、複数の半導体層と、基板上の対応するｐｎ接合とを一体形成するという構想を基礎としている。当該半導体材料は、電流を流すことによりｐｎ接合において異なる波長の光が発生するように構成される。特許文献１は、このようなＧａＮ材料系を基礎とした白色光源を開示している。二つの実施例は、補色である赤、緑、及び青色の光を発する、３つのｐｎ接合を備える半導体層シーケンスが形成される素子を開示している。この方法により、白色光源の視覚効果を生じさせる。この構想は、原理的に、およそ所望の色の多色光を発生させることができるという利点がある。従って、表示装置及び照明器具の分野で広く応用することができる。しかし、このタイプの素子を用いても、妥当なコストで高い照射強度を示し、かつ広範囲を照らすことが可能な照明器具を製造することはできない。
【０００５】
白色光源についてのさらに進んだ構想は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を基にしている。この構想は、近年急速に発達したもので、既に自動車のディスプレイデバイスに商業ベースで用いられている。有機発光ダイオードは、有機基材の多様性により、白色光を発生すべく、異なる発光体を一緒に用いることができるので、相対的に簡単に白色光を発することができる。独国特許出願公開第１９９−１６−７４５−Ａ１号公報は、混色により発光させるための有機発光基板を備えた発光ダイオードを開示している。有機発光物質を備えた層は、二つの電極層と二つの基板キャリアとの間に配置され、前記キャリアの一つは、散乱スクリーンにより形成することができる。有機発光層は、少なくとも二種類の帯状体が交互に配置された帯状体の構造を有する。一つの種類の帯状体は特定の色の光を発する有機発光物質を有し、連動して動作する。適切に駆動すれば、これらの帯状体が発する光が混合されて白色光を生成するように、二、三種類の有機発光物質帯状体を選択する。しかしながら、実施例に記載された素子の欠点は、発光層の縦縞の幅が非常に小さく、人間の目で観察したのでは、もはや見ることができず、その結果、素子の製造が相対的に複雑になることである。
【０００６】
従って、様々な波長の可視光を発光して加法混色させることができ、低コストで製造することができるエレクトロルミネセンス発光デバイスを開示することが本発明の一つの目的である。このエレクトロルミネセンス発光デバイスは、白色光源として使用することを意図している。
【０００７】
この本発明の目的は、請求項１に記載された特徴により達成される。さらなる改良については、従属項によって特定される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述した独国特許出願公開第１９９１６６７４５号公報に記載された発光デバイスをさらに発展させたものである。それによれば、発光層が、帯状の構造体の形で、電極層間で横方向に交互に隣接して配置される。
【０００９】
本発明は、発光帯状体が発した光を加法混色するためには、必ずしもミクロな帯状構造が必要ではないという洞察を基になされたものである。むしろ本発明の本質的な特徴は、単に人の目で観察するだけで、発光層の横方向の寸法又はそれぞれの発光層からの横方向の距離あるいはその両方が識別できる程度とすることである。発光層により放射される光を混色するために、散乱スクリーンとして形成される基板の厚さは、発光層により発光された放射ビームの少なくとも一部が、光の出口である基板の表面で重ね合わされるようなものとすることが必要である。従って、この基板は、少なくとも、混合されるべき個々の放射ビームが、その基板を通過するときに十分に分散し、広がるような厚さを有していなければならない。
【００１０】
従って、本発明に係るエレクトロルミネセンス発光デバイスを製造するには、例えば、マイクロエレクトロニクスにおいて知られているような、複雑なマスキング及び形成工程が必要でない。簡単な製作方法により、マクロに横方向へ広がる発光層を提供することができる。
【００１１】
肉眼の解像力で識別できる標準値は、１分＝１／６０度である。発光層から１ｍ離れて見るとすると、この値は０．２９ｍｍに相当する。３０ｃｍ離れて見ると、およそ１００μｍとなる。結果的に、肉眼で識別できる発光層の横方向寸法の限界を、帯状発光層の横方向の間隔又は幅あるいはその両方がおよそ１００μｍのときであると考えるのが都合がよい。
【００１２】
散乱スクリーンとして形成される基板の厚さは、発光層により散乱スクリーンに発光された放射ビームの平均散乱長より大きく、好ましくは、十分に大きくするべきである。幾分簡略化した定義になるが、散乱長は、ここでは、一定振動数を有する一つの光子が、散乱の結果としてその方向を変える前における平均自由行程の長さとして理解することができる。相対的に強い散乱特性を有する散乱スクリーンの平均散乱長は、このように、それ相当に短い。その結果、散乱スクリーンの厚さは、より弱い散乱特性を有する散乱スクリーンの場合と比較して小さくすることができる。異なる放射ビームが十分に重ね合わされるように、発光層間の距離も、散乱スクリーンの厚さの役割を一部果たすようにするべきである。好ましくは、上述した基準に加えて、散乱スクリーンの厚さは、少なくとも、発光層間の距離と同程度となるように選択するべきである。
【００１３】
この場合、発光層は、それ自体が既知の方法によって、有機材料から製造されることが好ましい。つい最近、実験的に示されたように、これに適した有機材料は、電荷担体が、２つの電子注入型または正孔注入型電極によって有機物質層に入ることができるように堆積させることができ、こうして有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）が形成される。
【００１４】
異なる発光スペクトルを有する２以上の異なるタイプの発光層を備え、それらを混色することにより、白色光を発光することができる。発光層が常に連動して動作するように、発光層の両側で延伸する構造化されていない二つの電極層が備えられてもよい。しかしながら、この場合、有機材料の異なる発光層は、寿命時間が異なるという事実を考慮することができない。その結果、発光層の一つが他の発光層よりも速くその明るさを失うため、白色光源は、時間の経過とともに失われる。
【００１５】
それゆえ、有利な実施例は、発光層の一端に複数の電極を備え、異なるスペクトルを有する発光体は互いに別々に動作できるように、かつ同一の発光スペクトルを有する発光体は連動して動作できるように配置されている。結果的に、使用時に発光層の明るさが減少するのを、電圧を増加することで補うことができる。有機材料によって寿命が異なるという問題に関係なく、本実施例を用いて、白色光源により形成された照明器具の彩色を、それぞれ所望の色彩に制御することができ、すなわち、例えば、白色光スペクトル中の赤色や青色成分をより強くしたり弱くしたりすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
小型白色ＬＥＤに使用される単純な実施例においては、例えば、光の混色のために供給される発光スペクトルは、それぞれの場合に一の発光層のみにより示される。しかしながら、特に複数の発光層によって発光スペクトルが表されるような、広範囲の照射装置向け実施例もまた考えられる。発光層を帯状に形成するならば、この場合、発光層をそれらの発光スペクトルに従って交互に配置することができる。
【００１７】
しかしながら、発光層を帯状に形成することは、本発明に必要な構成要件ではない。むしろ発光層は、互いに横方向に隣接する、点状又は円盤状の層として配置することもできる。特に発光層を赤、緑、及び青色の発光スペクトルを発する発光層で構成するならば、その発光層を、三色が環状に配置されるトライアッド（triad）型に配置してもよい。このトライアッド自体は、カラーディスプレイ画面の技術として知られている。このような実施例の場合、肉眼で識別することのできる基準としては、およそ１００μｍ程度が、円形層の直径又はそれらの中心点間の相互距離あるいはその両方の下限であると考えられる。
【００１８】
有利な実施例は３種類の発光層を備えており、すなわち、それぞれが、赤、緑、青の波長域における最大値を有する本質的に単色の発光スペクトルを提供する。この３色を発光層により同じ光度で発光させると、３色の補色の混合により、白色光を発生させることができる。
【００１９】
しかし、それぞれ、黄、及び青の波長域で最大値を有する２種類の発光層のみを備えてもよい。この場合、黄色発光層をより高い明度で駆動することが必要である。
【００２０】
例えば、白色光スペクトルをできるだけ日光に近づけるためには、異なる発光スペクトルを有する３以上の発光層を用いることも考えられる。
【００２１】
本発明に係る発光デバイスの実施例を、図を参照してより詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１、図２は、それぞれ別の色で発光する３つの発光層を備える実施例を示している。発光層は、有機ＬＥＤで形成されている。
【００２３】
第一の透明電極層７は、例えば散乱中心に埋め込まれたオパールガラススクリーンまたは、プラスチック基板により形成された散乱基板４に設けられている。電極層７は、例えばＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）層で形成してもよい。
【００２４】
以後、発光層１，２及び３は、帯状の形態で第一の電極層７に取り付けられる。発光層１，２及び３は、それぞれｎドープ型、及びｐドープ型有機材料から構成されたレイヤシーケンスを備え、それらのレイヤシーケンス内に、ｐｎ接合が形成されるようにしている。有機材料は、第一の発光層１が、赤色スペクトル域の波長で最大放射を、第二の発光層２が、緑色スペクトル域の波長で最大放射を、さらに第三の発光層３が、青色スペクトル域の波長で最大放射を行うように選択される。基板４上の帯状発光層１，２及び３は、例えば、帯幅約１ｍｍであって、肉眼で認識することができる。
【００２５】
第一の発光層１から放出される放射ビームを例として図示する。散乱光の横への拡がりが帯状発光層の幅より十分に大きいことが、混色及び白色光の発生にとって重要である。発光層の反対側にある、基板４の光の出口である基板表面で、発光層１，２及び３により発光された放射ビームが十分に重ね合わされた時にのみ、観察者は、発光デバイスが使用された際に、白色光源として認識する。
【００２６】
電極層８は、それぞれ帯状発光層１，２及び３の後部表面に設けられる。最終的に、反射層５は構造物全体に設けられ、発光層１，２及び３のｐｎ接合により後方に発せられる光は、前方の基板４の方向に反射される。反射層５は、金属または他の誘電体層として実現してもよい。以後、リードワイヤ６（図１に示さず）は、３つのＯＬＥＤのそれぞれに設置してもよいし、各電極層８に接続してもよい。リードワイヤ６を経由して、電源からＯＬＥＤへ異なる電圧を印加することができる。その共通の反対側の極は、第一の電極層７に接続される。
【００２７】
例示した実施例は、各発光が一の発光層によってのみ代表されているが、より高い光度又はより広い範囲あるいはその両方で照明が必要となる際には、スペクトルタイプ毎の発光層をさらに交互に設けることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例に係る白色光源の断面図である。
【図２】図１に示した白色光源の平面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１，２，３    発光層
４    透明基板
５    反射層
６    リードワイヤ
７    透明電極層
８    電極層
【国際公開パンフレット】
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2005502994.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成15年11月13日(2003.11.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
散乱スクリーンとして形成される透明基板（４）と、
前記基板（４）に設けられる、少なくとも一つの第一の透明電極層（７）と、
加法混色によって白色光を発生させることが可能な、前記第一の電極層（７）上に互いに横方向に隣り合って配置される、複数のエレクトロルミネセンス発光層（１，２，３）と、
前記発光層（１，２，３）に設けられる、少なくとも一つの第二の電極層（５）と
を備えている、特に白色光源として用いられるエレクトロルミネセンス発光デバイスであって、
前記発光層（１，２，３）の横幅又は横方向の間隔あるいはその両方は、少なくとも１００μｍであり、
前記発光層（１，２，３）により発せられた前記散乱ビームの少なくとも一部が、前記基板（４）の光放射面上で重ね合わされるように、前記散乱スクリーンは、散乱中心を備えるオパールガラススクリーン又はプラスチック基板であり、その厚さは、前記発光層（１，２，３）からの混合される放射ビームの平均散乱長の倍数であって、かつ少なくとも前記発光層（１，２，３）の間隔以上である
ことを特徴とする、特に白色光源として用いられるエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項２】
前記発光層（１，２，３）が、有機材料で製造されることを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項３】
複数の第一の電極（７）又は第二の電極（５）あるいはその両方は、発光スペクトルが異なる発光層（１，２，３）が互いに単独で動作させることができるように、かつ、同一の発光スペクトルを有するものは連動して動作させることができるように配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項４】
前記発光スペクトルは、それぞれの場合において一の発光層（１，２，３）によってのみ代表されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項５】
前記発光スペクトルは、それぞれの場合において複数の発光層により与えられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項６】
前記発光層（１，２，３）は、帯状であって、互いに平行に配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項７】
前記発光層は、その発光スペクトルに従って、交互に配置されることを特徴とする請求項５又は６に記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項８】
３種類の発光層（１，２，３）を備え、その発光スペクトルが、それぞれ赤、緑、青の波長域において最大値を有することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項９】
２種類の発光層を備え、その発光スペクトルが、それぞれ黄、青の波長域において最大値を有することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項１０】
前記発光層（１，２，３）には、それらの前記基板から離れている表面に反射層（５）が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれかに記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項１１】
前記第二の電極層は、同時に反射層として機能することを特徴とする請求項１０に記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【請求項１２】
前記第一の電極層（７）は、前記基板（４）に設けられたＩＴＯ層であることを特徴とする請求項１から請求項１１までのいずれかに記載のエレクトロルミネセンス発光デバイス。
【国際調査報告】
2005502994.tif 000018
2005502994.tif 000019
2005502994.tif 000020
2005502994.tif 000021
2005502994.tif 000022
2005502994.tif 000023