(57)【要約】  本発明は、安定器要素における局所的な電力を最小化するため、基板領域全体に亘って均一に電力損失が分散させられるように、担体基板３０に装着された安定器要素のアレイＲ１乃至Ｒｎと組み合わせられた、標準的なエレクトロルミネセンスタイルＤ１乃至Ｄｎのアレイに基づく、エレクトロルミネセンス照明素子に関する。回避不可能に残るホットスポット及びエレクトロルミネセンスタイルは、エレクトロルミネセンス発光層における付加的な熱負荷がエレクトロルミネセンス素子の自己加熱に対して可能な限り対称となるように熱的に結合される。このことは、適切に設計された熱放散と、エレクトロルミネセンス及び安定器要素の熱的な分離とを組み合わせることにより、達成される。熱放散は、担体基板における適切に設計された相互接続構造４０により実現される。エレクトロルミネセンスタイルをホットスポットから熱的に分離するための種々の選択肢が提案される。
2015512134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のエレクトロルミネセンスセグメントと、
複数の負荷要素と、
前記エレクトロルミネセンスセグメント及び前記要素が装着された、共通の担体基板と、
前記エレクトロルミネセンスセグメントと前記負荷要素とを接続し、所定の熱放散を提供するための、相互接続構造と、
前記エレクトロルミネセンスセグメントを、前記負荷要素により生成されるホットスポットから熱的に分離するための、分離構造と、
を有し、
前記相互接続構造及び前記分離構造は、前記共通の担体基板上のホットスポットにおける局所的な電力損失が最小化され、前記エレクトロルミネセンスセグメントの発光層における付加的な熱負荷が発光素子の自己加熱に対して対称となるように、所定の熱放散及び熱分離を組み合わせるように構成された、エレクトロルミネセンス素子。
【請求項２】
前記負荷要素は抵抗要素であり、少なくとも１つの前記抵抗要素と少なくとも１つの前記エレクトロルミネセンスセグメントとは電気的に直列に接続されて対を形成し、前記エレクトロルミネセンス素子は複数の前記対を有し、前記対は前記エレクトロルミネセンス素子が接続された電源から直接に動作可能であるように構成された、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
前記相互接続構造は、全ての前記対を接続することにより前記対間の熱的な結合を提供し、前記抵抗要素により生成された熱に対しての熱放散器として機能するように構成された、請求項２に記載の素子。
【請求項４】
前記分離構造は、前記エレクトロルミネセンスセグメントと前記共通の担体基板との間に配置された分離パッドを有し、前記エレクトロルミネセンスセグメントの電極配線は、前記相互接続構造に接続された、請求項１に記載の素子。
【請求項５】
前記負荷要素は、前記共通の担体基板において、前記エレクトロルミネセンスセグメントとは反対側の面に配置された、請求項４に記載の素子。
【請求項６】
前記分離構造は、前記共通の担体基板の複数の穴を有し、前記穴により、前記エレクトロルミネセンスセグメントが熱的に分離される、請求項１に記載の素子。
【請求項７】
前記分離構造は、前記エレクトロルミネセンスセグメントと前記共通の担体基板との間に挟持された複数のガラス蓋を有する、請求項１に記載の素子。
【請求項８】
前記ガラス蓋と前記エレクトロルミネセンスセグメントとの間にそれぞれ空洞が配置された、請求項６に記載の素子。
【請求項９】
前記負荷要素は、コンデンサと抵抗との組み合わせを有する、請求項１に記載の素子。
【請求項１０】
前記負荷要素は、コンデンサと電流源との組み合わせを有し、前記電流源は、抵抗、トランジスタ及びダイオードの回路により形成された、請求項１に記載の素子。
【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ス素子の分野に関し、更に詳細には、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）素子に関し、またセグメント化された照明素子の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロルミネセンス素子は、電流が通されたときに光を発することが可能なエレクトロルミネセンス材料を有する。エレクトロルミネセンス素子のために用いられる材料は、発光高分子又は小型の有機分子であっても良い。有機素子は、例えばＯＬＥＤであっても良い。エレクトロルミネセンス素子を活性化させるため、電極により、該エレクトロルミネセンス素子に電流が流される。
【０００３】
より具体的には、ＯＬＥＤのようなエレクトロルミネセンス素子は、電極間に配置されたエレクトロルミネセンス素子を有する。適切な電圧を印加すると、陽極から陰極へと、エレクトロルミネセンス素子を通り電流が流れる。エレクトロルミネセンス素子のなかの正孔及び電子の放射結合により、光が生成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的な照明のため有機エレクトロルミネセンス材料を用いるエレクトロルミネセンス素子は、２乃至５Ｖの範囲内の順方向電圧を持つ。斯かる低い電圧は、汎用的な交流（ＡＣ）電源（即ち主電源）での直接の駆動のために不適切なものとしてしまう。該問題の解決方法のひとつは、電子回路の必要とされる抵抗を達成するために必要とされる数のＯＬＥＤ素子を直列に接続することである。斯かる種類の回路の問題点は、ＯＬＥＤピーク電流が平均値よりもかなり高くなってしまい、そのため電源電流の高調波が整流制限を超えてしまい得、ＯＬＥＤの平均及びピーク電流値が電源電圧変動内で大きく変化してしまう点である。
【０００５】
他のとり得る解決方法は、電源から直接にＯＬＥＤ素子を動作させるために必要とされる安定器回路又は負荷回路として知られる電気回路である。安定器又は負荷回路は、公共グリッドのＡＣ電圧を、規定の明るさでＯＬＥＤ光源を駆動するのに適切な形態に変換する。従来の交流ＯＬＥＤ素子は従って、高価な電子駆動回路なしで、セグメント化されたＯＬＥＤと、電源から直接にＯＬＥＤを動作させるための電気的な安定器又は負荷として動作する分散させられた薄膜抵抗構造とを有し得る。
【０００６】
しかしながら、斯かる従来のセグメント化されたエレクトロルミネセンス素子は、電力分散の点で非常に柔軟であるわけではなく、最良の電気的な性能のために特に設計されたものである。標準的な構成要素（即ちＯＬＥＤ及び抵抗）又は単純な薄膜構造として組み込まれることができない安定器回路のみを用いることが望ましい場合もある。
【０００７】
本発明の目的は、担体基板又は印刷回路基板に装着された安定器又は負荷要素又は素子のアレイと組み合わせられた、標準的なＯＬＥＤタイル又はセグメントのアレイに基づくものであり得るエレクトロルミネセンス素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本目的は、請求項１に記載のエレクトロルミネセンス素子により達成される。
【０００９】
即ち、相互接続構造及び離隔構造を提供し、これら構造を、共通の担体構造におけるホットスポットにおいて局所的な電力損失が最小化されるように、及び光源素子の自己加熱に対してエレクトロルミネセンスセグメントの発光層における付加的な熱負荷が対称化されるように、所定の熱放散と熱分離とを組み合わせるように配置することにより、共通の担体基板又は担体板の正孔領域に亘って電力損失が均一に分散させられることができる。それ故、安定器又は負荷要素における局所的な電力は最小化されることができ、それにより、回路基板において標準的なエレクトロルミネセンス要素及び安定器又は負荷要素が用いられることができる。
【００１０】
第１の態様によれば、  前記負荷要素は抵抗要素であっても良く、少なくとも１つの前記抵抗要素と少なくとも１つの前記エレクトロルミネセンスセグメントとは電気的に直列に接続されて対を形成しても良く、前記エレクトロルミネセンス素子は複数の前記対を有し、前記対は前記エレクトロルミネセンス素子が接続された電源から直接に動作可能であるように構成される。斯かる対は、共通の担体基板に亘って等しい温度分散を確実にした。
【００１１】
上述の第１の態様と組み合わせられても良い第２の態様によれば、前記相互接続構造は、全ての前記対を接続することにより前記対間の熱的な結合を提供し、前記抵抗要素により生成された熱に対しての熱放散器として機能するように構成されても良い。これにより、相互接続構造は、共通の担体基板の領域に亘って、均一な態様で、電力損失を分散させるために利用されることができる。
【００１２】
上述の第１及び第２の態様のいずれかと組み合わせられても良い第３の態様によれば、前記分離構造は、前記エレクトロルミネセンスセグメントと前記共通の担体基板との間に配置された分離パッドを有しても良く、前記エレクトロルミネセンスセグメントの電極配線は、前記相互接続構造に接続されても良い。第３の態様の特定の例においては、負荷要素は、エレクトロルミネセンスセグメントに対して、共通の担体基板の反対側の面に備えられても良い。低い熱伝導率を持つ分離パッド（例えば発泡パッド等）を介してエレクトロルミネセンスセグメントを装着することにより、該エレクトロルミネセンスセグメントは共通の担体基板から熱的に分離され得る。該共通の担体基板の反対の面、即ちエレクトロルミネセンスセグメントの反対側に、負荷要素（例えば抵抗又は抵抗を持つ回路）が配置された場合には、該負荷要素とエレクトロルミネセンスセグメントの発光層との間の最大の熱抵抗が実現されることができる。
【００１３】
上述の第１乃至第３の態様のいずれかと組み合わせられても良い第４の態様によれば、前記分離構造が、共通の担体基板における複数の穴又は凹部を有しても良く、これによりエレクトロルミネセンスセグメントが熱的に分離されても良い。該穴又は凹部はエレクトロルミネセンスセグメントよりも大きいため、該セグメントは熱的に分離され、負荷要素はエレクトロルミネセンスセグメントとより近くに配置されることができる。
【００１４】
上述の第１乃至第３の態様のいずれかと組み合わせられても良い第５の態様によれば、前記分離構造が、前記エレクトロルミネセンスセグメントと前記共通の担体基板との間に挟持された複数のガラス蓋を有しても良い。該第５の態様の特定の例においては、該ガラス蓋とエレクトロルミネセンスセグメントとの間に、対応する空洞が備えられても良い。この選択肢は、エレクトロルミネセンスセグメントが装着された共通の担体基板の同じ側に負荷要素を装着することを可能とし、これにより該エレクトロルミネセンス素子の厚さが低減されることができる。該空洞を備えることにより、熱抵抗が更に増大させられることができ、これにより該エレクトロルミネセンスセグメントが負荷要素から適切に離隔されることができる。加えて、上述した分離パッドが、エレクトロルミネセンスセグメント、ガラス蓋及び任意の空洞の間に配置され、より優れた熱的な分離を提供しても良い。
【００１５】
以上の全ての態様において、負荷要素は抵抗要素であっても良いし、コンデンサと抵抗との組み合わせを有しても良いし、又はコンデンサと電流源との組み合わせを有しても良く、該電流源は抵抗、トランジスタ及びダイオードの回路により形成されても良い。
【００１６】
本発明の実施例は、請求項１に従属する請求項のいずれの組み合わせであっても良いことは、理解されるべきである。
【００１７】
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施例を参照しながら説明され明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】主電源に接続された典型的なエレクトロルミネセンス素子の模式的な回路図を示す。
【図２】第１の実施例によるエレクトロルミネセンス素子の側面図及び背面側の平面図を示す。
【図３】第２の実施例によるエレクトロルミネセンス素子の側面図及び背面側の平面図を示す。
【図４】第３の実施例によるエレクトロルミネセンス素子の側面図及び背面側の平面図を示す。
【図５（Ａ）】第２の実施例の前面側の平面図における熱分散を示す。
【図５（Ｂ）】第２の実施例の背面側の平面図における熱分散を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下の実施例においては、本発明は、安定器要素Ｒ１乃至Ｒｎにおける局所的な電力を最小化するため、基板領域全体に亘って均一に電力損失が分散させられるように、担体基板（印刷回路基板（ＰＣＢ））に装着された負荷要素又は安定器要素Ｒ１乃至Ｒｎのアレイと組み合わせられた、標準的なＯＬＥＤセグメント又はタイルＤ１乃至Ｄｎに基づく、ＯＬＥＤ照明素子に基づいて説明される。回避不可能に残るホットスポット（例えば安定器要素Ｒ１乃至Ｒｎにより生成される）及びＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎは、ＯＬＥＤ発光層における付加的な熱負荷がＯＬＥＤ素子の自己加熱に対して可能な限り対称となるように、相互接続構造によって熱的に結合される。このことは、相互接続構造の適切に設計された熱放散と、ＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎ及び安定器要素Ｒ１乃至Ｒｎの熱的な分離とを組み合わせることにより、達成される。斯くして、ＰＣＢにおける相互接続構造は、望ましい熱放散を実現するように機能するが、ホットスポットからＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎを熱的に分離するための別の選択肢も利用可能である。以下の第１乃至第３の実施例においては、ＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎを発泡パッド又はその他の分離パッド上に装着することにより、又はＯＬＥＤタイルＤ１乃至ＤｎをＰＣＢ切断穴に装着することにより、又はガラス蓋及び任意の空洞を備えたＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎを用いることにより、実現される。
【００２０】
以下の実施例は、必ずしも抵抗Ｒ１乃至Ｒｎの群のみではなく、いずれの安定器又は負荷回路と組み合わせて利用されても良いことに留意されたい。安定器又は負荷回路を形成するため、抵抗、コンデンサ、ダイオード等のような電気的な構成要素のいずれの組み合わせもが利用されることができる。
【００２１】
図１は、直列接続された負荷要素又は安定器要素Ｒ１乃至ＲｎとＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎとを有する、典型的なＯＬＥＤ素子の電気接続の模式的な回路図を示す。電圧源２０から供給される電源電圧は、ブリッジ整流回路１０により整流され、ＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎ及び安定器要素Ｒ１乃至Ｒｎの直列接続に印加される。本例においては、ＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎの数と安定器要素Ｒ１乃至Ｒｎの数とは等しい。安定器要素Ｒ１乃至Ｒｎの抵抗値は、選択されたＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎの電流−電圧特性（ＩＶ曲線）に依存して、結果の平均電流が所望の目標値に対応すると同時に、最大ピーク電流値が超過されないように、選択されても良い。
【００２２】
ＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎは例えば、透明な基板状のガラスに堆積させられた機能有機層の積層を囲む電極の対を有する、底部発光照明素子により形成されても良い。電極及び有機層は最終的に、任意に空洞を持つ１枚以上の保護薄膜層又はガラス蓋により封入されても良い。電流は、基板上の陽極及び陰極電極層に接合された接触ストリップを介して、ＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎへと供給されても良い。
【００２３】
第１乃至第３の実施例による以下のＯＬＥＤ素子においては、共通の担体基板（例えばＰＣＢ）３０上に複数のＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎが装着される。典型的には、該ＰＣＢ３０は、一方の側に積層された銅箔を持つエポキシ材料状のＦＲ４からつくられたものであっても良い。更に、全ての実施例において、前面Ｆ及び背面Ｂが示されている。更に、矢印は光Ｌの発光の方向を示し得る。
【００２４】
図２は、第１の実施例によるＯＬＥＤ素子の構成を、断面側面図（図２の上側）及び前面における平面図（図２の下側）で示し、該実施例においては、ＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎが発泡パッド６０を介してＰＣＢ３０に装着される。陽極及び陰極接触ストリップ５０、５２は、ＰＣＢ３０における穴を通して供給され、ＰＣＢ３０の背面にはんだ付けされる。同じく背面には、表面実装型素子（ＳＭＤ）抵抗Ｒ１乃至Ｒｎのアレイがはんだ付けされる。ＰＣＢ銅領域又は相互接続構造４０の構造化は、ＯＬＥＤタイルＤ１乃至ＤｎとＲ１乃至Ｒｎとの全ての対が、（図１に示されるように）電気的に直列に接続されるように為される。更に、銅相互接続構造４０は、熱放射及び熱放散を改善するため、結果の表面が可能な限り大きくなるように設計される。この手法により、従来の薄膜構成により抵抗が実現される理想的な場合に非常に近くなる、最適な熱的設計が実現されることができる。
【００２５】
第１の実施例においては、低い熱伝導率を持つ分離パッドとしての発泡パッド６０を介してＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎ及びＰＣＢ３０を装着することにより、抵抗Ｒ１乃至ＲｎとＯＬＥＤ発光層との間に最大の熱抵抗が実現されるようにＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎの反対側のＰＣＢ３０の背面に抵抗Ｒ１乃至Ｒｎ（ホットスポットを生成する）を配置することにより、及び、ＰＣＢ３０の領域全体に亘って均一に分散した対にＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎと抵抗Ｒ１乃至Ｒｎとをグループ化することにより、ＯＬＥＤタイルＤ１乃至ＤｎをＰＣＢ３０から熱的に分離させることによって結果の熱的分散が最適化される。これにより、最適な熱分散が実現されることができる。
【００２６】
第１の実施例によるＯＬＥＤ素子の実用的な実装は、２枚のＰＣＢ基板上に分散された３２個のＯＬＥＤタイル及び３２個のＳＭＤ抵抗群を有しても良い。該基板の前面は１６個のＯＬＥＤタイルを有し、該基板の背面は電気相互接続構造及びＳＭＤ抵抗を備えても良い。各ＯＬＥＤタイルについて、望ましい熱放散のため、４個のＳＭＤ抵抗からなる群が、相互接続線にはんだ付けされても良い。ＳＭＤ抵抗群は背面において小さなホットスポットを生成するという事実にかかわらず、これらスポットは対応するＯＬＥＤタイルの発光側において可視となる。ＯＬＥＤタイルの温度上昇は、背面におけるＳＭＤ抵抗がない場合に比べて、３℃のみである。更に、温度分布の均一性も略変化せず、そのため光分散における影響も人間の眼には見えない。
【００２７】
図３は、第２の実施例によるＯＬＥＤ素子の構成を、断面側面図（図３の上側）及び前面における平面図（図３の下側）で示す。第２の実施例においては、ＰＣＢ３０は、穴７０に配置されるように装着されたＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎの横方向の広がりよりも数パーセント大きな穴７０を有する。典型的には、ＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎを適所に固定するため、ＯＬＥＤ電極を接続するために用いられる装着ストリップ８０が利用される。穴７０がＯＬＥＤタイルＤ１よりも大きいという事実のため、ＯＬＥＤタイルＤ１は熱的に分離される。対応する安定器要素又は抵抗Ｒ１は例えば、ＯＬＥＤタイルＤ１の近くに完全に封入された基板の切欠き部に隣接して配置されても良い。ここでもまた、ＰＣＢ３０は、電気的な直列接続及び抵抗損失の熱放散を可能とする、金属の相互接続構造８５を有する。
【００２８】
第２の実施例の構成は、最小の厚さのＯＬＥＤ素子を可能とする。更に、薄膜封入ＯＬＥＤ素子に特定に適している。また、高い明るさの用途のための付加的な背面冷却を可能とする。
【００２９】
図４は、第３の実施例によるＯＬＥＤ素子の構成を、断面側面図（上側）及び前面における平面図（下側）で示し、本実施例においては、ＯＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎが装着された同じＰＣＢ３０の側に、抵抗Ｒ１乃至Ｒｎが配置されている。図２の第１の実施例と比べると、図３の実施例と同様に、このことは照明装置の厚さを減少させることを可能とする。該装着方法は、蓋ガラス９０により封入され任意の空洞９２を有するＯＬＥＤ素子に、特に適している。空洞９２は、それだけで通常は安定器抵抗Ｒ１からＯＬＥＤタイルＤ１を熱的に分離するのに十分な、比較的高い熱抵抗を提供するように構成される。安定器抵抗Ｒ１の存在のためここでは平坦ではないＰＣＢ３０の表面における容易な装着を可能とするため、付加的な発泡パッド９４が備えられても良い。他の実施例と同様に、接続及び熱放散のために相互接続構造９５が備えられ、ＬＥＤタイルＤ１乃至Ｄｎの陽極５０及び陰極５２に接続する。
【００３０】
図５Ａ及び５Ｂは、図２の第１の実施例の上述した実装例のそれぞれの熱分散を示す。より具体的には、図５Ａ及び５Ｂは、ＯＬＥＤ素子が２３０Ｖの電源に接続されている間の、温度分布の赤外（ＩＲ）画像を示す。２５Ｗの入力電力にもかかわらず、前面及び背面には重大なホットスポットがみられない。温度範囲は、前面において３４乃至４６℃、背面において３６乃至４５℃である。このことは、提案されるＯＬＥＤ配置により、効率的な熱分散が得られ、高価な金属コアＰＣＢ及び／又はアルミニウム熱放散器を回避できることを示している。
【００３１】
以上の説明は、電源電圧での動作のための安定器要素として抵抗要素のみを有する特定のＯＬＥＤ素子を参照したが、同じ原理は、安定器回路（コンデンサ、抵抗、電流源、スイッチモード電源等から成る）を備えたいずれのエレクトロルミネセンス素子にも、該回路が第１乃至第３の実施例に関連して以上に説明されたようなアナログの態様で電気的及び熱的に分散されることができる限り、適用されることができることに、留意されたい。
【００３２】
要約すると、安定器要素における局所的な電力を最小化するため、基板領域全体に亘って均一に電力損失が分散させられるように、担体基板に装着された負荷要素又は安定器要素のアレイと組み合わせられた、標準的なエレクトロルミネセンスタイルのアレイに基づく、エレクトロルミネセンス照明素子が説明された。回避不可能に残るホットスポット及びエレクトロルミネセンスタイルは、エレクトロルミネセンス発光層における付加的な熱負荷がエレクトロルミネセンス素子の自己加熱に対して可能な限り対称となるように熱的に結合される。このことは、適切に設計された熱放散と、エレクトロルミネセンス及び安定器要素の熱的な分離とを組み合わせることにより、達成される。熱放散は、担体基板における適切に設計された相互接続構造により実現される。エレクトロルミネセンスタイルをホットスポットから熱的に分離するための種々の選択肢が提案される。
【００３３】
本発明は図面及び以上の記述において説明され記載されたが、斯かる説明及び記載は説明するものであって限定するものではないとみなされるべきであり、本発明は開示された実施例に限定されるものではない。
【００３４】
図面、説明及び添付される請求項を読むことにより、請求される本発明を実施化する当業者によって、開示された実施例に対する他の変形が理解され実行され得る。請求項において、「有する（comprising）」なる語は他の要素又はステップを除外するものではなく、「１つの（a又はan）」なる不定冠詞は複数を除外するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に利用されることができないことを示すものではない。
【００３５】
請求項におけるいずれの参照記号も、請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
2015512134.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015512134.tif 000005
【図４】
2015512134.tif 000006
【図５Ａ】
2015512134.tif 000007
【図５Ｂ】
2015512134.tif 000008
【国際調査報告】
2015512134.tif 000009
2015512134.tif 000010