(57)【要約】  本発明は、個々に形成された複数の照明素子（１）の二次元配置と、光取り出し素子と、上記照明素子（１）の少なくとも一部を含む電気的な直列接続とを備える、発光装置、特に照明装置に関する。上記照明素子（１）のそれぞれは、カバー電極と、ベース電極と、これらの間に形成され、かつ、上記カバー電極および支持基板（２）上の上記ベース電極に電気的に接触している有機領域とを有する。これにより、隣り合う照明素子の有機領域は、対応する中間領域（３）によって互いにそれぞれ分離されている。上記光取り出し素子は、対応する照明素子（１）の光取り出し係数を最適化する。上記電気的な直列接続では、照明素子のカバー電極と、隣の照明素子のベース電極とが、上記照明素子と上記隣の照明素子との間の上記中間領域（３）によって形成された接続部を介して、互いに電気的に接続されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光装置、特に照明装置であって、
個々に形成された複数の照明素子（１；３０，３１）の二次元アッセンブリーであって、上記各照明素子は、カバー電極と、支持基板（２）上のベース電極と、上記カバー電極と上記ベース電極との間に配置され、かつ該カバー電極および該ベース電極に電気的に接触している有機領域とを有し、隣り合う照明素子の有機領域は、対応する中間領域（３；３３）によって互いにそれぞれ分離されている、二次元アッセンブリーと、
上記照明素子（１；３０，３１）の発光側に配置され、対応する照明素子の光取り出し効率を最適化する光取り出し素子（４）と、
上記照明素子（１；３０，３１）の少なくとも一部を含む電気的な直列接続とを備え、
上記電気的な直列接続では、照明素子の上記カバー電極と、該照明素子の隣の照明素子の上記ベース電極とが、上記照明素子と上記隣の照明素子との間の上記中間領域（３；３３）によって形成された接続部を介して、互いに電気的に接続されている発光装置。
【請求項２】
上記各光取り出し素子（４）は、光学レンズとして形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記各光学レンズは、球状のキャップの形状を有して形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
上記照明素子（１；３０，３１）の表面の直径と、半球状の形状を有する、対応する光学レンズの直径との比は、約０．１〜約０．９の値を取り、好ましくは約０．５〜約０．８の値を取ることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
上記光学レンズのレンズ中心点は、上記対応する照明素子における上記有機領域の表面の中心点の上方に配置されていることを特徴とする、請求項２〜４の少なくとも一項に記載の装置。
【請求項６】
上記各光学レンズは、フレネルレンズであることを特徴とする、請求項２〜６の少なくとも一項に記載の装置。
【請求項７】
隣り合う照明素子の上記光取り出し素子（４）は、互いに横方向に当接して形成されており、選択的に、少なくとも部分的に重畳するところまで形成されていることを特徴とする、請求項１〜６の少なくとも一項に記載の装置。
【請求項８】
上記照明素子（１；３０，３１）は、ハニカムパターンの二次元アッセンブリーに対応して分布していることを特徴とする、請求項１〜７の一項に記載の装置。
【請求項９】
上記二次元アッセンブリーは、上記照明素子（１；３０，３１）が占める表面領域に対して、約２５％〜約７５％の充填率で形成されていることを特徴とする、請求項１〜８の一項に記載の装置。
【請求項１０】
上記照明素子（１；３０，３１）は、該各照明素子の表面に関して、約１００μｍ〜約１ｃｍの寸法、好ましくは約１ｍｍ〜約１ｃｍの寸法で形成可能であることを特徴とする、請求項１〜９の一項に記載の装置。
【請求項１１】
上記有機領域は、異なる色の光を発するように実施されていることを特徴とする、請求項１〜１０の少なくとも一項に記載の装置。
【請求項１２】
上記照明素子（１；３０，３１）は、上記カバー電極を発する部品による構造、および、上記ベース電極を発する部品による構造のうち、少なくとも１つの種類の構造にしたがって形成されていることを特徴とする、請求項１〜１１の少なくとも一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、発光装置、特に照明装置に関する。
【０００２】
〔発明の背景〕
発光装置は、さまざまな形態、特に照明装置として利用可能である。発光装置において頻繁に発生する課題は、装置において生成された光を、個々の所望の適用にも使用可能なように、効率よく取り出すことである。ここで、部品にて生成された光の大部分は、いわゆる基板モードおよび有機モードで捕捉されることが、有機発光ダイオード（light-emitting organic diode；ＯＬＥＤ）に関連して知られている。このような部品の場合、通常、ベース電極と、カバー電極と、これらの間に配置され、かつ上記ベース電極および上記カバー電極に電気的に接触している有機領域とを有する層状構造物が、支持基板の上に形成されている。典型的な動作原理によると、上記部品において、ホールおよび電子の形態の電荷キャリアが、上記電極に電圧を印加することによって有機領域に注入され、該領域における再結合にともなって、いわゆる発光領域に向かって発光が行われる。有機領域は、通常、１つ以上の有機物質の積層構造として生成される。
【０００３】
有機発光領域を有する二次元照明装置では、上記有機領域を連続する層として形成することが知られている。文献「ＷＯ  ２００８／００１２４１  Ａ２」には、二次元部材の一様な支持基板の上に、有機領域が連続する層として形成された、構造化ＯＬＥＤが記載されている。発した光を導光するために、レンズのアッセンブリーは、上記二次元部材の発光側に配置される。
【０００４】
別の二次元照明装置について、文献「ＥＰ  １０５１５８２  Ｂ２」の一実施形態では、個々に形成された複数の照明手段が、いわゆる分離されたプロファイル部材のために形成されている。これにより、照明手段が、ＩＴＯ電極を用いて電圧印加が可能な、対応するプロファイル部材の上に、エレクトロルミネッセンス光の層として実施される。
【０００５】
文献「ＵＳ  ２００８／１１７５１９」には、頂部発光型ＯＬＥＤが記載されている。この頂部発光型ＯＬＥＤは、マイクロ・レンズ・グリッドを含み、このマイクロ・レンズ・グリッドは複数の半球体として形成されている。
【０００６】
文献「ＥＰ  １３９６６７６  Ａ２」には、照明装置が記載されている。この照明装置は、直列に接続された複数のＯＬＥＤを含んでいる。
【０００７】
発光有機部品において生成された光の取り出しを最適化するために、該部品の発光側において取り出しフィルムを使用することが提案された。しかし、この手法では、効率は大して増加しない。一般に、上記部品で生成された光の２０％〜５０％が、取り出し可能である。その他の既知の特徴は、支持基板の粗雑化、拡散膜の使用、支持基板における拡散粒子の応用、およびこのような設計事項の組み合わせに関連するものである。しかし、わずかな効率の増加が達成されたにすぎない。
【０００８】
〔発明の概要〕
本発明の目的は、光取り出し効率を改善した発光装置、特に照明器具を製造することである。
【０００９】
この目的は、本発明によれば、請求項１に記載の発光装置、特に照明器具によって達成される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【００１０】
本発明は、個々に形成された複数の照明素子の二次元配置であって、上記複数の照明素子は、カバー電極と、ベース電極と、上記カバー電極と上記ベース電極との間に形成され、かつ該カバー電極および該ベース電極に電気的に接触している有機領域とをそれぞれ有し、隣り合う照明素子の有機領域は、対応する中間領域によって互いにそれぞれ分離されている、二次元配置と、上記照明素子の発光側に配置され、対応する照明素子の光取り出し効率を最適化する光取り出し素子と、上記照明素子の少なくとも一部を含む電気的な直列接続とを備え、上記電気的な直列接続では、照明素子の上記カバー電極と、該照明素子の隣の照明素子の上記ベース電極とが、上記照明素子と上記隣の照明素子との間の上記中間領域によって形成された接続部を介して、互いに電気的に接続されている、発光装置、特に照明器具の概念を含む。
【００１１】
光取り出し素子は、照明素子に対して個別に形成されてもよいし、複数の照明素子に対してグループをなすように形成されてもよい。複数または全ての照明素子に対して共通に形成する実施形態では、１つ以上の集積型光取り出し部品が備えられ、それらは、二次元配置において、複数の光取り出し素子を含む。照明素子自体は、一つの共通の基板上に形成されてもよいし、対応する分割された複数の基板上に形成されてもよい。
【００１２】
上記の電気的な接続部は、中間領域において、基板上に直接形成されてもよいし、支持基板上に堆積された１つ以上の層の上に形成されてもよい。
【００１３】
二次元配置における各照明素子に対し個々の光取り出し素子を対応させることによって、各照明素子について個別に、光の取り出しを選択的に最適化することが可能になる。二次元配置において、有機領域を、互いの間に空間を設けて個々に形成することによって、照明素子の材料の節約が可能になる。そして、共通の支持基板の上方にて有機領域間に残存している中間領域を使用して、設置スペースが少なくてすむ、照明素子の電気的な直列接続を設けることができる。この場所では、照明素子のカバー電極と該照明素子に隣り合う照明素子のベース電極とを接続する電気的な接続部が、中間領域を通り抜けて導かれる。このように、個々の有機領域の間に残った中間領域は、照明素子の電気的な接続に使用されている。
【００１４】
全ての照明素子が直列接続されてもよいし、照明素子の一部だけが直列接続されてもよい。また、上記直列接続を、並列接続したその他の照明素子と組み合わせてもよい。これにより、上記部品の動作電圧を、利用可能な供給電圧にあわせることができる。さらに、この直列接続によって、照明素子が燃焼することで部品が完全に動作不可能となることが防止される。
【００１５】
照明素子における上記構成および上記接続では基板表面が効率的に使用できる点、また、上記部品の効率が高い点に加えて、さらに、部材の製造でも有利な点が与えられる。すなわち、提案した上記構造の場合、有機領域に微細なマスキングを施すことも、電極に微細なマスキングを施すことも不要である。これにより、製造工程が簡素化され、実際にロール・ツー・ロール（roll-to-roll）法が可能となる。
【００１６】
本発明の別の好ましい実施形態では、各光取り出し素子は、光学レンズとして形成されていてもよい。これにより、最適化された光の取り出しが実現される。また、ランベルトの放射特性が上記部品に対し実施可能となる。これは、特に、ＯＬＥＤに基づく照明素子の実現にとって望ましい。その他の光取り出し素子、好ましくは、特定の角度の範囲の集光によって光を自由に取り出す光取り出し素子も、提供可能である。ＯＬＥＤを用いた照明に適用する場合には、この理由によって、光取り出し素子を使用すべきである。なぜなら、光取り出し素子は、非常に「柔らかい」光を、均質に、かつ、目立った影や明るい点を空間内で形成しないで発するからである。
【００１７】
本発明の機能的な一実施形態では、各光学レンズが、ドーム状のキャップを有して形成されていてもよい。このキャップは、半球状のシェルや中身の詰まった半球体であっても構わない。ドーム状のキャップ（球状のキャップであってもよい）は、底部発光構成の場合、つまり、基板の厚さが照明素子の直径に比べて小さい場合に特に好ましい。また、半球状の形態の替わりに、半球体に比べてその高さがほぼ基板の厚さにまで低減された、球状のキャップの形態であっても構わない。また、その他の形態の光取り出し素子、例えば、ひしゃげた球状のキャップや、卵型の球状のキャップ、回転楕円体形状のキャップも使用可能である。
【００１８】
本発明の有利な実施形態では、照明素子の表面の直径と、半球状の形状を有する、対応する光学レンズの直径との比は、約０．１〜約０．９の値を取り、好ましくは約０．５〜約０．８の値を取ってもよい。これにより、光の取り出しがさらに最適化される。同時に、基板の表面が、発光装置のために効果的に使用される。ここで、０．８という比は、照明素子がハニカムパターンで配置されていると仮定すれば、約７７％の表面使用率に対応する。０．５という比は、３０％を超える表面使用率に常に対応する。この値は、おおよそ、ＯＬＥＤに基づくアクティブマトリクス型表示装置の充填率でもある。
【００１９】
好ましくは、本発明のさらなる実施形態では、光学レンズのレンズ中心点は、対応する照明素子における有機領域の表面の中心点の上方に配置されていてもよい。これにより、光の取り出しがさらに最適化される。
【００２０】
本発明の機能的な実施形態では、各光学レンズはフレネルレンズであってもよい。これにより、特に、非常に平坦な構造がサポートされる。特に、比較的大きな照明素子を使用する場合、フレネルレンズの使用が相応しい。照明素子が大きいと、マスキングの精度および調節に対する要求が少なくなるので、加工が容易になる。
【００２１】
本発明の有利な一実施形態では、隣り合う照明素子の光取り出し素子は、互いに横方向に当接して形成されており、選択的に、少なくとも部分的に重畳するところまで形成されていてもよい。部分的に重畳させることによって、より高い充填率が実現可能となる。例えば、ハニカムパターンで配置された円形の照明素子を使用する場合、光取り出し素子の部分的な重畳によって、効率の増加にはほとんど影響を及ぼさないままで、充填率を約３３％以上増加させることが可能である。充填率の増加によって、個々の照明素子を明るさを落として動作させることが可能となり、これによって上記部品の寿命が長くなる。
【００２２】
本発明のさらなる実施形態では、照明素子は、ハニカムパターンの二次元配置に応じて分布していてもよい。これにより、最大充填率が実現される。
【００２３】
本発明のさらなる好ましい実施形態では、二次元配置は、照明素子が占める表面領域に対して、約２５％〜約７５％の充填率で形成されていてもよい。この充填率は、照明素子の領域内において、発光装置の表面全体に対するアクティブな表面の比を指している。アクティブな表面とは、照明素子によって占められた表面である。
【００２４】
本発明の機能的な一実施形態では、照明素子が、各照明素子の表面に関して、約１００μｍ〜約１ｃｍの寸法、好ましくは約１ｍｍ〜約１ｃｍの寸法で形成されるように、提供されてもよい。照明素子の表面の直径が約１ｃｍを超える場合、約５ｍｍを超える光取り出し素子の鉛直延長部を設けて、最適な光の取り出しができるようにする。ここでは、フレネルレンズの使用のみが例外であって、技術的な面において比較的コストが高い。照明素子の表面が１００μｍよりも小さければ、個々の照明素子はほとんど無意味である。なぜなら、この場合、基板の厚さに基づくと（この厚さは実際には約１００μｍを超える）、非常に効率的な光の取り出しが不可能だからである。
【００２５】
本発明の有利な実施形態では、有機領域は、異なる色の光を発するように形成されていてもよい。上記照明素子の場合、異なる波長で発光する異なる発光物質が、有機領域に集積されることによって、異なる色の発光が実現される。この目的を達成するために、様々な実例において公知である各種発光物質が利用可能である。これにより、照明の色が調節可能な、照明用部品を作製することが可能となる。異なる色の光を発する領域は、個別に制御される。
【００２６】
好ましくは、本発明のもう一つの実施形態では、照明素子は、上記カバー電極を発する部品による構造、および、上記ベース電極を発する部品による構造のうち、１つの種類の構造にしたがって形成されていてもよい。
【００２７】
〔発明の好ましい実施形態の説明〕
図面を参照しながら、本発明を好適な実施形態によってさらに詳細に説明する。
図１は、共通の支持基板上に個々に形成され、かつ、ハニカムパターンにしたがって配置された複数の照明素子を有する二次元配置を示す概略図である。
図２は、図１の複数の照明素子を有する二次元配置をさらに示す概略図であり、各照明素子上には光取り出し素子が配置されている。
図３は、２つの照明素子を有する配置を示す概略図であり、２つの照明素子は電気的な直列接続で互いに接続されている。
【００２８】
図１は、複数の照明素子１を有する二次元配置を示す概略図である。複数の照明素子１は、共通の支持基板２の上に個々に形成され、かつ、ハニカムパターンにしたがって配置されている。
【００２９】
照明素子１は、図示した実施形態では、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）として形成されている。この有機発光ダイオードでは、各照明素子の領域の支持基板２の上において、支持基板２上に形成されたベース層と、カバー電極と、これらの間に形成され、かつ上記ベース電極および上記カバー電極に電気的に接触している有機領域とを有する層が形成されている。これらの種類の発光有機部品は、さまざまな実例において公知である。有機領域は、例えば、与えられた有機物質の真空蒸着によって生成される。特に好ましくは、有機発光部品をいわゆるＰＩＮ構造で使用することである。ＰＩＮ構造は、特に、電気的にドープされた電荷キャリア輸送層が設けられ、有機領域において、該層が、その電気的ドーピングに基づいて電荷キャリア（具体的には、ホールおよび電子）の注入および輸送をサポートし、その結果、部品の効率を増加することを特徴としている。ただし、他の形態の発光有機部品を使用して、照明素子１を形成することも可能である。電気的にドープされた層は、例えば、マトリクス物質およびドーピング物質を共に蒸発させることによって生成される。
【００３０】
図１によれば、照明素子１は、中間領域３によって互いに分離された照明素子１として、共通の支持基板２上に実施されている。このことは、特に、発光有機部品の有機領域が、支持基板２上に、分離された領域として形成されていることを意味している。照明素子１の上記分離された構造は、例えば、層堆積と関連しているものとして公知のマスク技術を用いて、二次元配置を形成することにより実現される。照明素子１は、電気的な直列接続で構成されている。この電気的な直列接続では、複数の電気的な接続部が、隣り合う照明素子の間の中間領域３を介して形成されている。これについては、図３を参照しながらさらに詳細に後述する。
【００３１】
図２は、図１における照明素子１の二次元配置をさらに示す概略図である。ここでは、各照明素子１は、対応する光取り出し素子４を備えている。照明素子１の発光側では、この光取り出し素子４を用いて、各照明素子１において生成された光の取り出し効率が最適化される。光取り出し素子４は、図示した実施形態では、光学レンズ、具体的には半球状の形状を有する光学レンズ（図３と比較せよ）として実施されている。図２は、隣り合う光取り出し素子４が、互いに当接するように配置されていることを示している。隣り合う照明素子１には、光取り出し素子４の縁領域において部分的な重畳が形成されている（図示せず）。
【００３２】
実施形態において、上記光学レンズを半球体形状として設けることによって、光の取り出しを複数の照明素子１について個別に改善することができる。表１は、効率の増加が、どの範囲において可能であるのかを比較して示すものである。半球体形状をした光学レンズの替わりに、同じ光学的性質を有するフレネルレンズを使用することも可能である。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
表１は、半球状の形状をした光学レンズ４の直径に対する照明素子１の各直径における様々な比（具体的な比の値は、０．１、０．５、０．７、および１）について、取り出し効率を、その改善の比較とともに示している。実際には、好ましい値は約０．４〜約０．８の範囲にある。表１の最下段の列を比較すれば、照明素子１上に設置された平坦なガラスに比べて、大幅な効率の増加が実現可能であることが分かる。
【００３５】
結果は、有機発光ダイオードとしてそれぞれ実施される照明素子１に含まれた、電子輸送層（electron-transport layer；ＥＴＬ）の異なる厚さに対し示されている。光取り出しの改善は、考えうるＥＴＬの厚さの範囲内では、ＥＴＬの厚さとは無関係であることが、暗に示されている。したがって、説明した構成は、有機発光部品、特にＯＬＥＤの多種多様な積層構造、例えば、単色ＯＬＥＤ、白色ＯＬＥＤ、積層構造ＯＬＥＤ、頂部および底部発光型ＯＬＥＤ、倒置型ＯＬＥＤ、およびハイブリッド型ＯＬＥＤなどについて使用可能である。期待される上記取り出し効率の改善を示す代表的な値としては、照明に適用する大多数の場合においてＯＬＥＤはランベルトの法則に近い放射特性を有するので、「ランベルトの法則」に則した値が考えられる。
【００３６】
図１および図２の概略図では、光取り出し素子４の曲率の中心は、それぞれ、照明素子１の表面の中心点の上方に配置されているものとする。照明素子１のサイズには、約１００μｍ〜約１ｃｍ、好ましくは約１ｍｍ〜約１ｃｍの特定の寸法が与えられる。
【００３７】
照明素子１は、同じ色の光か、異なる色の光かのいずれかを発する有機領域を有するように形成可能である。異なる色の割当ては、白色光の放射の合計と調和するその比率に関連して決定することができる。
【００３８】
図３は、図１および図２における二次元配置の一断面を示す概略図である。共通の支持基板２上には、２つの照明素子３０，３１が配置されている。この照明素子３０，３１は、ベース電極３０ａ，３１ａの上方に有機領域３０ｂ，３１ｂを、カバー電極３０ｃ，３１ｃとともに有する。電気的な直列接続が形成されており、ここでは、カバー電極３１ｃが、電気的接続部３２を介してベース電極３０ａに接続されている。電気的接続部３２は、２つの照明素子３０，３１の間の中間領域３３を通って延びている。
【００３９】
図３に図示した照明素子３０，３１は、各ベース電極３０ａ，３１ａを介して光を発する一実施形態において作成されている。これが、対応付けられた光取り出し素子４が、支持基板２の下に設置されている理由である。対照的に、頂部発光型構造では、光取り出し素子４は支持基板２の上方に設置される。
【００４０】
上記の開示、請求項、および図面において開示された本発明の各種特徴は、本発明を各種実施形態において実施するために、それぞれが重要であり、また、任意の組み合わせにおいても重要である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】共通の支持基板上に個々に形成され、かつ、ハニカムパターンにしたがって配置された複数の照明素子を有する二次元配置を示す概略図である。
【図２】図１の複数の照明素子を有する二次元配置をさらに示す概略図であり、各照明素子上には光取り出し素子が配置されている。
【図３】２つの照明素子を有する配置を示す概略図であり、２つの照明素子は電気的な直列接続で互いに接続されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2011529613.tif 000007
2011529613.tif 000008
2011529613.tif 000009
2011529613.tif 000010
2011529613.tif 000011
2011529613.tif 000012