(57)【要約】  基板２上に形成された発光層構造４であって、第1電極４１及び第２電極４３の間に基板２を介して光を放つための少なくとも１つのエレクトロルミネセント層４２を有する発光層構造４を備える照明装置であって、拡散光３１を放つための少なくとも１つの第１基板領域２１及び有向光３２を放つための少なくとも１つの第２基板領域２２を有する照明装置。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された発光層構造であって、第１電極及び第２電極の間に前記基板を介して光を放つための少なくとも１つのエレクトロルミネセント層を有する発光層構造を備える照明装置であり、拡散光を放つための少なくとも１つの第１基板領域及び有向光を放つための少なくとも１つの第２基板領域を有する照明装置。
【請求項２】
前記エレクトロルミネセント層は、有機エレクトロルミネセント層であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第２基板領域は、少なくとも１つの光コリメート構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光コリメート構造は、周期的構造であることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記光コリメート構造は、前記エレクトロルミネセント層及び該光コリメート構造の間の距離に等しい、光放射と反対方向の第１焦点距離を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記光コリメート構造は、少なくとも１０ｃｍ、好ましくは、少なくとも２０ｃｍ、とりわけ好ましくは、少なくとも３０ｃｍの、光放射方向の第２焦点距離を備えることを特徴とする請求項３、４又は５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記光コリメート構造は、放物面レンズ、プリズム、フレネルレンズ及び放物面光コリメータを含む光コリメート構造クラスのうちの少なくとも１つを有することを特徴とする請求項３乃至６の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記光コリメート構造は、放物面光コリメータを有し、前記発光層構造に面する前記基板の表面は、前記放物面光コリメータ間に反射領域を備えることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記第２基板領域は、放物面光コリメータ、及び発光方向で該放物面光コリメータの上部にフレネルレンズを有することを特徴とする請求項７又は８に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記電極のうちの少なくとも一つは、前記第１基板領域の放射光及び前記第２基板領域の放射光を別々に調整するために構造化されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記エレクトロルミネセント層は、前記第１基板領域を介して第１スペクトル範囲の光を、及び前記第２基板領域を介して前記第１スペクトル範囲と異なる第２スペクトル範囲の光を放つように構成されることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロルミネセント層及び基板を備える照明装置であって、拡散光及び有向光(directed light)を同時に放つように構成される照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロルミネセント装置、所謂発光ダイオード(Light Emitting Diode: LED)は、安価な薄い光源である。特に、有機ＬＥＤ(OLED)は、広範囲を照明するために理想的である。ＬＥＤは、一般照明、信号(signaling)、自動車照明、及びディスプレイのバックライティングに幅広く用いられ得る。ＯＬＥＤは、典型的には、透明基板上に形成された、反射電極（典型的にはカソード）及び透明電極（典型的にはアノード）間に配設される１つ以上の発光有機層を有する。発光有機層は、これら電極間に電圧を印加すると光を放つ。ＯＬＥＤの典型的に放たれる拡散光は、オフィス照明等あるアプリケーションにとっては都合がよいものの、例えば、スポット照明、投光照明又はデスク照明には向いていない。
【０００３】
現行の投光照明ランプ又はスポットライトランプは、光を方向付けるため小型の従来の光源の周りに湾曲した反射器及び／又はレンズを置く。これら反射器及びレンズは、高価であり、重く、場所を大きくとるかもしれない。米国特許出願公開第US 2004/0042198号の文献は、所望の方向にパッシングライト(passing light)を集中させるため有機ＬＥＤ基板上に置かれたレンズレットアレイを含むピクセル化されていない有機発光装置を開示している。この装置は、有向光源(directed light source)として用いられ得る。
【０００４】
しかしながら、拡散光及び有向光を同時に放つために利用可能な光源、例えば、部屋及びデスクを同時に照明するための単一光源を備える一体型照明装置はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、拡散光及び有向光を同時に放つように構成される単一光源を備えた照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、基板上に形成された発光層構造であって、第1電極及び第２電極の間に前記基板を介して光を放つための少なくとも１つのエレクトロルミネセント層を有する発光層構造を備える照明装置であり、拡散光を放つための少なくとも１つの第１基板領域及び有向光を放つための少なくとも１つの第２基板領域を有する照明装置により達成される。有向光は、透明基板を備える拡散放射光源の場合のようなランバート分布(Lambert distribution)と著しく異なる光伝搬方向の分布を持つ光を意味する。例えば、有向光は、焦点距離を示す光ビーム内の光、平行な光伝搬方向を持つ光又は僅かに発散するような光である。車内照明又は家庭照明(home lighting)等のいくつかのアプリケーションは、高い設計の自由度を可能にする多機能性の単純で、安価で、薄い光源を要求する。エレクトロルミネセント発光層構造は薄い光源であり、この場合、拡散放射領域及び有向放射領域が、第２基板領域の良好な光集束（ビーム成形）特性及び拡散放射第１基板領域の良好な室内照明特性を備えた薄い単一光源に統合され得る。
【０００７】
好ましい実施例においては、前記エレクトロルミネセント層は、有機エレクトロルミネセント層である。なぜなら、有機ＬＥＤは、安価且つフレキシブルな大面積光源であり、設計の自由度が高く、照明装置を種々のアプリケーションに適用させるからである。
【０００８】
前記第２基板領域が、少なくとも１つの光コリメート構造(light collimating structure)を有する場合有利である。光コリメート構造は、拡散放射光を有向光に変えるものであり、この場合、有向光の特性は、光コリメート構造の適切な寸法特性を選択することによりアプリケーションに適合され得る。
【０００９】
前記光コリメート構造が、第２基板領域全体にわたって定義済みの光伝搬特性を得るために周期的構造である場合も有利である。
【００１０】
前記光コリメート構造が、前記エレクトロルミネセント層及び該光コリメート構造の間の距離に等しい、光放射と反対方向の第１焦点距離を備える場合さらに有利である。光コリメート構造の焦点距離離れて配設された光源、この場合、エレクトロルミネセント層は、良好な光伝搬特性を備える。
【００１１】
前記光コリメート構造が、少なくとも１０ｃｍ、好ましくは、少なくとも２０ｃｍ、とりわけ好ましくは、少なくとも３０ｃｍの、光放射方向の第２焦点距離を備える場合より一層有利である。この第２焦点距離は、読書目的や絵画又は彫刻等の物体のスポットライト照明等種々のアプリケーションに必要とされる明るい光密度を該第２焦点距離辺りの距離において提供する。
【００１２】
前記光コリメート構造が、レンズ、プリズム、フレネルレンズ又は放物面光コリメータ(parabolic light collimator)等の光コリメート構造クラスのうちの少なくとも１つを有する場合とりわけ有利である。これらの構造は、様々な所望のアプリケーションに適した投影特性を持つ。放物面光コリメータは、三次元の放物面状鏡セグメントを意味し、この場合、一方の放物面状鏡サイドの焦点は、対向する放物面状鏡サイド上に位置し、該対向する放物面状鏡サイドの焦点は、該一方の放物面状鏡サイド上に位置する。放物面光コリメータは、プラスチック又はガラス等の材料で満たされてもよい。フレネルレンズは、円形又はその他の形状を持つ従来のレンズの崩れたバージョン(collapsed version)である。例えば、円形フレネルレンズは、多数の同心リングを有する。
【００１３】
前記光コリメート構造が、放物面光コリメータを有し、前記発光層構造に面する前記基板の表面が、前記放物面光コリメータ間に反射領域を備える場合さらに有利である。この場合、拡散光は、放物面光コリメータ間の基板領域を介して第２基板領域を出ることはない。この拡散光は、反射されて反射電極に戻り、恐らくは、何らかの反射後に放物面光コリメータに入射するであろう。
【００１４】
照明装置は、前記第２基板領域が、放物面光コリメータ、及び発光方向で該放物面光コリメータの上部にフレネルレンズを有する場合より一層有利である。放物面光コリメータは、調整可能な焦点距離を持つよく集束した光を得るためのフレネルレンズに入射するコリメート光を提供する。
【００１５】
好ましい実施例においては、前記電極のうちの少なくとも一つが、前記第１基板領域の放射光及び前記第２基板領域の放射光を別々に調整するために構造化される。構造化された電極により、室内照明及び有向（即ちスポット）照明を独立して適合させるため第１基板領域及び第２基板領域を介して放射するエレクトロルミネセント層領域に異なる駆動電圧を印加することが可能である。
【００１６】
より一層好ましい実施例においては、前記エレクトロルミネセント層が、前記第１基板領域を介して第１スペクトル範囲の光を、及び前記第２基板領域を介して前記第１スペクトル範囲と異なる第２スペクトル範囲の光を放つように構成される。
【００１７】
本発明は、図面に示される実施例の例を参照してさらに述べられる。しかしながら、本発明は、それらに限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明による照明装置の基板２における上面図を示す。基板２は、該基板２の下にある発光層構造４（図１には図示せず）において生成された光である拡散光を放つ第１基板領域２１を有する。基板２は、透明材料、典型的にはガラスやPMMA又はPET等のプラスチック材料からなる。基板−空気界面における上面は、平坦であってもよく、又はある粗さの表面構造若しくはその他の光アウトカップリング構造(light out-coupling structure)等の光アウトカップリング(light out-coupling)を高める手段を備えてもよい。代替的に、光アウトカップリングを高める構造は、平坦な上面に積層される付加的な層、典型的には、プラスチック層とすることができる。
【００１９】
本発明（図１参照）による照明装置の基板２は、発光層構造４から放たれた拡散光を有向光に変える少なくとも１つの第２基板領域２２を有する。第２基板領域の形状は、アプリケーション条件に依存し、矩形、円形、楕円又はその他の形状とすることができる。第２基板領域の数及び第１基板領域と第２基板領域との比も、アプリケーションに依存する。例えば、付加的な読書機能を備える車内照明用の照明装置は、数十平方センチメートルの大きな第１基板領域を有すると共に、読書のための有向光即ちスポットライトを提供する第２基板領域は、数平方センチメートル程度にされ得る。第２の例として、スポットライト機能を備える一体型デスクライトは、例えば、６ｃｍ×６ｃｍのスポットライト領域（第２基板領域）を備える１０ｃｍ×１００ｃｍ程度の矩形とされ得る。これらのサイズは例示に過ぎず、他のアプリケーションに対しサイズは異なってもよい。
【００２０】
図２は、図１に示されたＡ−Ｂ線に沿う照明装置の断面図を示す。照明装置は、基板２上に形成された発光構造４を有する。発光構造４は、第１電極４１（典型的には透明アノード）及び第２電極４３（典型的には反射カソード）間に少なくとも１つのエレクトロルミネセント層４２を有する。これら電極は、電力をエレクトロルミネセント層４２に供給する。エレクトロルミネセント光源は、一般に、そのエレクトロルミネセント層４２の性質により非有機光源(nLED)及び有機光源(OLED)に分けられる。好ましい実施例においては、エレクトロルミネセント層４２は、有機エレクトロルミネセント層である。なぜなら、有機エレクトロルミネセント光源(OLED)は、安価且つフレキシブルな大面積光源であり、設計の自由度が高く、照明装置を種々のアプリケーションに適用させるからである。透明電極４１は、典型的には、インジウムをドープしたスズ酸化物(ITO)である。HC Starck社のPEDT/PSS Baytron P等の高い導電率を持つ有機材料を用いることも可能である。反射電極４３の材料は、典型的には、アルミニウム、銅、銀又は金等の金属である。電極４３は、均質層として配設されてもよく、又は例えば導電材料の多数の個別領域として構造化されてもよい。代替的に、電極４１も、均質層とすることができ、又は構造化され得る。
【００２１】
有機エレクトロルミネセント層４２は、発光錯体(light emitting complex)をドープしたTCTA、TPBI又はTPD等の有機正孔電子導電マトリクス材料(organic hole and electron conducting matrix material)に埋め込まれた、発光有機小分子(small light emitting organic molecule: SMOLED) 又は発光ポリマ(PLED)からなってもよい。改善された効率を持つ発光構造４は、エレクトロルミネセント層４２及びアノード４１の間にF4-TCNQをドープしたMTDATA等の正孔輸送層を有し、エレクトロルミネセント層４２及びカソード４３の間にAlq3又はTPBI等の電子輸送層を有してもよい。電極と正孔輸送層及び電子輸送層との間にそれぞれ正孔注入層及び電子注入層があってもよい。
【００２２】
エレクトロルミネセント構造４内で生成された光は、等方性光伝搬分布(isotropic light propagation distribution)で放たれる。典型的な基板と空気との屈折率の差により、照明装置から放たれる光の光伝搬方向の分布は、ランバート分布を示す。本発明による基板２は、拡散光３１を放つ少なくとも１つの第１基板領域２２及び有向光３２を放つ少なくとも１つの第２基板領域２２を有する。ここで、第２基板領域２２を通る光の光伝搬方向の分布は、拡散放射第１基板領域２１の場合のようなランバート分布とは著しく異なり、例えば、焦点距離を示す光ビーム内の光、平行な光伝搬方向を持つ光又は僅かに発散するような光である。
【００２３】
図３は、異なる光指向特性３２を持つ異なる第２基板領域２２のいくつかの例を示す。第２基板領域は、基板表面からある距離のところで環状スポット、円形スポット、正方形スポット又は不規則なスポットを提供してもよい。
【００２４】
一実施例において、有向光は、付加的な層構造により提供される。所謂マイクロキャビティ層構造は、アノード及び基板間で光伝搬方向に影響を与える半透明鏡として作用する。斯かるマイクロキャビティ層構造を有する照明装置によれば、基板表面に直交する方向に好ましい光が放たれ、斯くして、光が方向付けられる。
【００２５】
好ましい実施例は、マイクロキャビティ構造の代わりに光コリメート構造を採用する。図４に示されるように、第２基板領域２２は、エレクトロルミネセント層４２からの拡散放射光を有向光３２に変える光コリメート構造２３を有する。一実施例においては、光コリメート構造２３は、例えば、ソーイング(sawing)、ミリング(milling)又はその他の成形技術により基板に組み込まれる。他の実施例においては、光コリメート構造は、図４に示されるように第２基板領域２２を形成するため平坦な基板２４上に積層される。光コリメート構造は、例えば、射出成形技術により製造され得る。有向光３２の特性は、光コリメート構造２３の適切な寸法特性を選択することによりアプリケーションに適合され得る。隣接する第１基板領域２１は依然拡散光３１を放つ。
【００２６】
光コリメート構造２３が、定義済みの焦点距離等の定義済みの光投影特性を得るために周期的構造である場合も有利である。２つの例が図４及び図５に与えられている。図４において、第２基板領域２２は、プリズムアレイの光コリメート構造２３を有する。図５において、第２基板領域２２は、レンズアレイの光コリメート構造２３を有する。好ましい実施例においては、光コリメート構造２３は、エレクトロルミネセント層４２及び光コリメート構造２３の間の距離に等しい、光放射３２と反対方向の第１焦点距離を備える。この距離に配設されたエレクトロルミネセント層４２により、光コリメート構造２３は、増加した有向光３２を提供することができる。光コリメート構造２３が、少なくとも１０ｃｍ、好ましくは、少なくとも２０ｃｍ、とりわけ好ましくは、少なくとも３０ｃｍの、光放射方向３２の第２焦点距離を備える場合より一層有利である。この第２焦点距離は、読書目的や絵画又は彫刻等の物体のスポットライト照明等種々のアプリケーションのための明るい光を提供する。
【００２７】
図６は、光コリメート構造２３が、前述の図に示される平坦な基板２４上に積層されていない有利な実施例を示している。この場合、光コリメート構造２３は、放物面光コリメータ２３１のアレイからなる。隣接する放物面光コリメータ２３１間は距離２３２離れている。この寸法は、種々のアプリケーションに対し異なってもよい。放物面光コリメータ(parabolic light collimator: PLC)という名称は、該ＰＬＣが、図６において放物線として示されている異なる焦点を備えた２つの放物面鏡セグメント（これらの間はプラスチック又はガラス等の材料で満たされてもよい）を有する事実に由来する。図６に示される断面図の各ＰＬＣ２３１の左手の放物線の焦点は、右手の放物線上に位置し、同右手の放物線の焦点は、左手の放物線上に位置する。２つの放物面は、第２基板領域２２の表面に直交する軸について対称的である。光伝搬方向の分布は、放物面光コリメータ２３１に入射する前の広範な分布から、第２基板領域２２の有向光放射３２をもたらす放物面光コリメータ２３１を出た後のより一層前向きに方向付けられた光伝搬に変えられる。前向きに方向付けられた光の量を増大させるため、発光層構造４に面する基板２２の表面は、放物面光コリメータ２３１間で反射領域２３２を備える。拡散光は、放物面光コリメータ２３１間の基板領域２３２を介して第２基板領域２２を出ることはない。この拡散光は、反射されて反射電極４３に戻り、恐らくは、何らかの反射後に放物面光コリメータ２３１に入射するであろう。
【００２８】
第２基板領域２２が、放物面光コリメータ２３１のアレイ、及び発光方向３２に見て放物面光コリメータの上部に配設されたフレネルレンズ２３３を有するとりわけ有利な実施例が図７に示されている。放物面光コリメータ２３１は、エレクトロルミネセント層４２から放たれた拡散光を、基板表面に直交する軸を中心とする狭い光伝搬分布を持つ主として平行に方向付けられた光に変える。この光分布はさらに、放物面光コリメータ２３１の上部にある付加的なフレネルレンズ２３３により変更される。フレネルレンズは、多数の同心リングを有する、従来のレンズの崩れたバージョンである。各リングは、その次のリングよりも僅かに薄く、光を中心に向けて集束させる。畝構造(ridged structure)は、平行光を集束光に変える又は発散光をコリメート光に変える異なる焦点距離を持ったレンズを得るために変更され得る。本実施例においては、放物面光コリメータは、コリメート光を提供する。このコリメート光は、一次近似において、平行な光伝搬方向を持つ。光コリメート構造２３が、少なくとも１０ｃｍ、好ましくは、少なくとも２０ｃｍ、とりわけ好ましくは、少なくとも３０ｃｍの、光放射方向の第２焦点距離を備える場合より一層有利である。この第２焦点距離は、読書目的や絵画又は彫刻等の物体のスポットライト照明等種々のアプリケーションのための明るい光を提供する。例えば、０．２５ｍｍ及び３．２ｍｍの間の厚さを持つフレネルテクノロジ(Fresnel Technology)による薄いアクリル、硬質ビニル又はポリカーボネートのフレネルレンズは、１ｃｍ及び６１ｃｍの間の第２焦点距離を提供する。六角形又は矩形のフレネルレンズ及びプリズムアレイも利用可能である。必要とされる第２焦点距離は、種々のアプリケーションに対して異なり得る。
【００２９】
好ましい実施例においては、電極４１及び／又は４３の少なくとも一つが、第１基板領域２１の放射光３１及び第２基板領域２２の放射光３２を別々に調整するために構造化される。構造化された電極４１及び／又は４３により、電極の構造化された部分間に位置するエレクトロルミネセント層４２の領域に異なる駆動電圧を印加することが可能である。それゆえ、例えば室内照明のため第１基板領域２１を介して放たれる光の量、及び例えばスポットライトアプリケーションのため第２基板領域２２を介して放たれる光の量が独立して調整され得る。
【００３０】
より一層好ましい実施例においては、エレクトロルミネセント層４２は、第１基板領域２１を介して第１スペクトル範囲の光を、及び第２基板領域２２を介して該第１スペクトル範囲と異なる第２スペクトル範囲の光を放つように構成される。例えば、エレクトロルミネセント材料が局所的に変更され得る。ＳＭＯＬＥＤ層については、異なるドーピング材料が、エレクトロルミネセント層の異なる領域に対するエレクトロルミネセント材料に適用され得る。
【００３１】
図及びその説明を参照して述べられた実施例は、照明装置の例示に過ぎず、特許請求の範囲をこれらの例に限定するものとして理解されるべきではない。特許請求の範囲の保護範囲によりカバーされる代替的な実施例も当業者にとってあり得るであろう。従属請求項のナンバリングは、その他の請求項の組合せが有利な実施例を表すものではないと言うことを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明による照明装置の上面図を示す。
【図２】図２は、図１に示されたＡ−Ｂ線に沿う本発明による照明装置の断面図を示す。
【図３】図３は、本発明による照明装置の側面図を示す。
【図４】図４は、図１に示されたＡ−Ｂ線に沿うプリズムアレイを有する本発明による照明装置の断面図を示す。
【図５】図５は、図１に示されたＡ−Ｂ線に沿う集光レンズを有する本発明による照明装置の断面図を示す。
【図６】図６は、図１に示されたＡ−Ｂ線に沿う放物面光コリメートアレイを有する本発明による照明装置の断面図を示す。
【図７】図７は、図１に示されたＡ−Ｂ線に沿う放物面光コリメートアレイ及びフレネルレンズを有する本発明による照明装置の断面図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2008547161.tif 000011
2008547161.tif 000012