DE102008019926A1

DE102008019926A1 - Beleuchtungsvorrichtung und Verfahren zur Erzeugung einer flächigen Lichtausgabe

Info

Publication number: DE102008019926A1
Application number: DE102008019926A
Authority: DE
Inventors: Jörg AMELUNG; Joachim Prof. Dr. Wagner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2010-02-25
Anticipated expiration: 2028-04-22
Also published as: JP2009266818A; US8264142B2; JP5154498B2; DE102008019926B4; US20090262545A1

Abstract

Eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem anorganischen lichtemittierenden Bauelement mit einer ersten Lichtaustrittsfläche und einem organischen lichtemittierenden Bauelement mit einer zweiten Lichtaustrittsfläche, die größer als die erste Lichtaustrittsfläche ist, wird beschrieben. Das anorganische lichemittierende Bauelement und das organische lichtemittierende Bauelement sind so angeordnet, dass eine flächige Lichtausgabe resultiert, in der sich Licht des anorganischen lichtemittierenden Bauelements und Licht des organischen lichtemittierenden Bauelements überlagern.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungsvorrichtung bzw. die Erzeugung einer flächigen Lichtausgabe.
Die in der heutigen allgemeinen Beleuchtungstechnik dominierenden Leuchtmittel (Lampen) sind Glühlampen und Leuchtstoffröhren, die vor ca. 120 bzw. 60 Jahren erstmalig realisiert wurden. Ihre Herstellungstechnologien und ihre Funktionalität sind weitgehend ausgereift. In der vergangenen Dekade wurden substantielle Verbesserungen nicht mehr erzielt.
Während der letzten Dekade haben LEDs, d. h. lichtemittierende Dioden (LED = light emitting diode), aus Halbleitern einen Entwicklungsstand erreicht, der weit über ihre ursprüngliche Funktionalität und Einssatzbereiche (Indikator, Status-, Signallampen, Anzeigentechnik) hinausgeht. Bereits heute haben LEDs begonnen, die Displaytechnik im Außenbereich sowie spezielle Bereiche der Be- und Hinterleuchtung zu durchdringen.
Eine allmähliche Durchdringung des Sektors der Allgemeinbeleuchtung durch LEDs setzt noch ganz erhebliche Fortschritte bei der Reduzierung der LED Herstellungskosten und der Verbraucherendpreise voraus. Wenn Letzteres in ausreichendem Maß gelingt, dann kann aus der Vision „Solid State Lighting” die Beleuchtungstechnologie des 21. Jahrhunderts werden.
Treibende Kräfte für diese Entwicklung sind die Vorteile und der Nutzen, die LEDs gegenüber konventionellen Lichtquellen bieten. Die hervorstechenden Vorteile halbleiterbasierender LEDs sind:

– Kompakte Bauweise (Abmessungen von wenigen mm)
– Robustheit (keine zerbrechlichen Glasbauteile)
– Niedrige Betriebstemperaturen
– Niedrige Betriebsspannungen (wenige Volt), mobiler Gerätebetrieb (Batterien) Schnelle Modulierbarkeit, z. T. z. B. über 100 MHz
– Lange Lebensdauer von beispielsweise über 10.000 h Größte potentielle Leistungseffizienz aller elektrischer Leuchtmittel Hohe Punktleuchtdichten
– Umweltverträglichkeit (z. B. keine Quecksilberentsorgung)

Beleuchtungskörper auf Basis von organischen Leuchtdioden (OLEDs) sind im Gegensatz zu den LEDs noch in der Entwicklungsphase, zeigen aber jetzt schon ein erhebliches Potenzial für die Beleuchtungsquellen der Zukunft.
Durch die rasche Steigerung der Effizienz dieser Leuchtdioden, die heute bei grünen Dioden bereits die anorganischen Leuchtdioden übertreffen, eröffnen OLEDs einen zukünftigen Markt für flächige Beleuchtung. Als flächiger Leuchtkörper mit gegenüber der LED moderater Leuchtdichte ist die OLED ideal geeignet für die Herstellung flächiger diffuser Lichtquellen. Hierbei kann in Zukunft die OLED durch ihre Dünnschichttechnologie auch die Realisierung von flexiblen Leuchtkörpern ermöglichen, was ganz neue Anwendungen in der Beleuchtung von Räumen gestattet. Die Vorteile der OLEDs sind hierbei:

– Flächige, diffuse Lichtquelle
– Sehr dünne Bauweise (Dicken von unter einem bis wenigen mm)
– Niedrige Betriebsspannungen (wenige Volt), mobiler Gerätebetrieb (Batterien)
– Hohe Leistungseffizienz
– Umweltverträglichkeit (keine Quecksilberentsorgung)
– Realisierung auf flexiblen Untergründen möglich

Die Möglichkeit, dass durch Halbleiterlichtemissionsbauelemente eine völlig neue Art der elektrischen Lichterzeugung erhaltbar ist, entstand durch die in den frühen 1960er Jahren einsetzende III-V Halbleiter (HL) Technologie. In einem III-V HL pn-Übergang werden Elektronen und Löcher in einen räumlich eng eingegrenzten Bereich injiziert, wo sie unter Emission von Licht rekombinieren. Die Strahlung ist weitgehend monochromatisch und ihre Wellenlänge wird durch den Bandabstand des HL Materials bestimmt. Farbige LED werden hauptsächlich in der Elektronik oder bei Statusanzeigen eingesetzt. Weiße LEDs, die auf dem Prinzip der teilweisen Lumineszenzkonversion des blauen Primärlichts eines LED Chips in einem Gelb emittierenden Leuchtstoff beruhen bzw. farbveränderliche LEDs (Aufgebaut aus drei farbigen LEDs) werden hauptsächlich für den Effektbeleuchtungs- und Allgemeinbeleuchtungsbereich eingesetzt. Die Punkthelligkeiten der LEDs sind in den letzten Jahren stark gestiegen und erreichen heute mehrere Millionen cd/m², was den Einsatz in Scheinwerfereinheiten möglich macht.
Ein wichtiger Zukunftsmarkt ist herbei die Hintergrundbeleuchtung von LCDs. Sofern eine flächige Lichtquelle mit LEDs realisiert werden soll, so gibt es zwei Verfahren zur Realisierung. Zum einen werden direktstrahlende LEDs mit einem vorgeschalteten Diffuser für die flächige Beleuchtung angewandt. Nachteil hierbei ist der notwendige Diffuser, der umso effektiver homogenisiert, je größer der Abstand zur Leuchtdiode ist. Dies erhöht die Dicke der realisierten Leuchtflächen und kann auch zu Winkelabhängigkeiten im Farbspektrum führen. Eine andere Möglichkeit ist die Seiteneinstrahlung von LEDs mit einer Keiloptik oder Streufolienoptik, durch welche das seitlich eingestrahlte Licht in Richtung der Betrachtung umgelenkt wird. Hierbei ist die Dimensionierung der Streufolien/Keiloptik kompliziert, um Inhomogenitäten in der Fläche zu vermeiden. Weiterhin erreicht die Seiteneinspeisung eine geringere Effizienz, da Licht bei der Umlenkung absorbiert wird.
Elektrolumineszenz aus organischen Materialien wurde 1963 erstmals an Anthracen-Einkristallen entdeckt. Basierend darauf konnten 1987 durch Tang und VanSylke die ersten Leuchtdioden aus dünnen organischen Schichten vorgestellt werden. Im einfachsten Aufbau besteht eine OLED aus einer organischen Schicht, die sich zwischen zwei Elektroden (Anode und Kathode) befindet. Als Anode werden häufig ITO (indium tin oxide) beschichtete Glassubstrate verwendet, die hinreichend leitfähig und im sichtbaren Spektralbereich transparent sind, so dass durch diese Elektrode das erzeugte Licht austreten kann. Im Gegensatz zu den LEDs besitzen OLEDs eine vergleichbar geringere Helligkeit von 100–5000 cd/m², was sie für Direktsichtbeleuchtung geeignet macht, aber nicht für Punktlichtanwendungen. Da OLEDs auf amorphen Schichten basieren, benötigen sie keinen kristallinen Untergrund und können auf fast beliebigen Untergründen aufgebracht werden. Weiße OLEDs werden durch Farbkombinationen (rot, grün, blau) in einer Schichtfolge erreicht. Aufgrund der geringen Schichtdicke (insgesamt ca. 300 nm) sind Realisierungen auf flexiblen Untergründen (Kunststofffolie bzw. Metallfolie) möglich. Ein Problem stellt die hohe Sauerstoff- und Wasserempfindlichkeit dar. Um die OLED zu stabilisieren, wird das Substrat mit einer weiteren Glaskappe verklebt und/oder mittels einer Dünnschichtfolge anorganischer bzw. organischer Schichten beschichtet.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effektivere Beleuchtungsvorrichtung bzw. ein effektiveres Verfahren zum Erzeugen einer flächigen Lichtausgabe zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 17 gelöst.
Eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass viele verschiedene Vorteile der einzelnen Komponenten, nämlich der organischen lichtemittierenden Bauelemente ei nerseits und der anorganischen lichtemittierenden Bauelemente andererseits, so vereint werden können, dass sich insgesamt ein Beleuchtungskonzept mit verbesserten Charakteristika ergibt. Die Kombination beider Beleuchtungsquellen, d. h. anorganische sowie organische lichtemittierende Bauelemente, unter Ausnutzung der hohen Punktleuchtdichten der anorganischen lichtemittierenden Bauelemente, wie z. B. LEDs, einerseits und der flächigen Leuchtflächen mittels organischer lichtemittierender Bauelemente, wie z. B. OLEDs, ermöglicht beispielsweise die Realisierung neuartiger kombinierter Beleuchtungsquellen im Anzeige- bzw. Beleuchtungsbereich, wie es im Folgenden noch dargelegt wird. Anwendungsbeispiele für ein solches Beleuchtungskonzept sind beispielsweise Leselampen mit Punkt- und Hintergrundbeleuchtung, wie z. B. Kabinenbeleuchtungen in Flugzeugen, Auto-Rückschlussleuchten mit integrierter Bremsleuchte und/oder Blinker, Außenleuchtanzeigen für Gebäude mit Punkt-Beleuchtung des Eingangsbereichs oder farbveränderliche Flächenanzeigen. Viele weitere Anwendungen sind möglich und umfassen beispielsweise alle Kombinationen aus Punkt- und Flächenlichtelementen.
Bei Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden LEDs als Punktleuchtkörper verwendet und mit OLEDs kombiniert, die als Flächenlichtkörper verwendet werden. Diese Kombination ermöglicht sehr flache und effektive Lichtsysteme für eine Vielzahl von Anwendungen, wobei die Kombination zwischen LED einerseits und OLED andererseits die Möglichkeit für eine optimale Kombination der zwei Lichttechnologien entsprechend der jeweiligen Anwendung bietet und die Möglichkeit für die Realisierung eines hocheffizienten und flachen Leuchtsystems bildet.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen
1 eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
3 eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel;
4 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung der Wirkung der optischen Schicht von 3 gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel;
6a–c Projektionen der Lichtaustrittsflächen einer LED und einer OLED entlang der Abstrahlrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
7 eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
8 eine Schnittansicht einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
9 eine Schnittansicht einer Realisierungsmöglichkeit für eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
10 eine Schnittansicht einer weiteren Realisierungsmöglichkeit für eine Beleuchtungsvorrichtung;
11 eine Schnittansicht einer weiteren Realisierungsmöglichkeit für eine Beleuchtungsvorrichtung;
12 eine Draufsicht auf eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
13 eine Draufsicht auf eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
14 eine Seitenansicht einer Lampe mit integrierter Beleuchtungsvorrichtung, deren Draufsicht ebenfalls zu sehen ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
15 eine Draufsicht auf eine in eine Lampe integrierte Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
1 zeigt eine Beleuchtungsvorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Beleuchtungsvorrichtung 10 von 1 umfasst ein organische lichtemittierendes Bauelement 12 sowie ein oder mehrere anorganische lichtemittierende Bauelemente, wobei in 1 exemplarisch zwei, nämlich 14a und 14b, gezeigt sind. Das organische lichtemittierende Bauelement 12 weist eine Lichtaustrittsfläche 16 auf, die größer ist als die Lichtaustrittsflächen 18a bzw. 18b der anorganischen lichtemittierenden Bauelemente 14a und 14b. Bei dem Ausführungsbeispiel von 1 weisen das organische lichtemittierende Bauelement 12 und das bzw. die anorganische(n) lichtemittierende(n) Bauelement(e) jeweils eine Abstrahlrichtung 20, 22a bzw. 22b auf, die gleichgerichtet bzw. parallel zueinander sind. Dabei wird unter Abstrahlrichtung beispielsweise die Richtung verstanden, in der das jeweilige Bauelement 12, 14a und 14b mit der größten Intensität abstrahlt, oder die Richtung, in der das jeweilige Bauelement 12, 14a bzw. 14b schwerpunktmäßig bzw. im Mittel abstrahlt. In 1 sind dazu die lichtemittierende Bauelemente 14a und 14b angrenzend zu einer der Lichtaustrittsfläche 16 abgewandten Seite 24 des organischen lichtemittierenden Bauelements 12 angeordnet, so dass die Lichtaustrittsflächen 16, 18a und 18b parallel zueinander sind, wobei das organische lichtemittierende Bauelement 12 an den Stellen, an denen die anorganischen licht emittierenden Bauelemente 14a bzw. 14b angeordnet sind, transparente Abschnitte, d. h. in einer Dickerichtung bzw. der Abstrahlrichtung durchgängig transparente Abschnitte, 26a bzw. 26b aufweist, die, wie es später noch Bezug nehmend auf 7 erläutert wird, beispielsweise durch entsprechende Öffnungen in einer der Elektroden, d. h. Anode oder Kathode, des organischen lichtemittierenden Bauelement 12 realisiert sein können. An den lateral benachbarten Bereichen zu den Stellen 26a und 26b kann das lichtemittierende Bauelement 12 für das Licht der anorganischen lichtemittierenden Bauelemente 14a und 14b undurchlässig bzw. opak sein.
Natürlich ist es möglich, dass die Bauelemente 14a und 14b mit dem Bauelement 12 an der Rückseite 24 fest verbunden sind, wie z. B. mittels eines Haftmittels oder dergleichen. Es ist allerdings ebenfalls möglich, dass eine feste Anordnung zwischen dem Bauelement 12 und den Bauelementen 14a bzw. 14b anderweitig realisiert ist, wie z. B. über einen Rahmen, der die Bauelemente 12, 14a und 14b trägt.
Obwohl es sich bei den Bauelementen 12, 14a und 14b auch um andere Bauelemente handeln könnte als Dioden, wird im Folgenden exemplarisch davon ausgegangen, dass es sich um Dioden handelt, d. h. LEDs. Es sei aber darauf hingewiesen, dass sowohl für das vorliegende Ausführungsbeispiel nach 1 als auch für die nachfolgenden Ausführungsbeispiele andere Realisierungsmöglichkeiten ebenfalls denkbar sind, so das im folgenden von einem weiteren Verweis darauf, dass statt der dort gezeigten Dioden auch andere anorganische, wie z. B. Halbleiter-, bzw. organische lichtemittierende Bauelemente verwendet werden könnten, weggelassen wird.
Während bei dem Ausführungsbeispiel von 1 das organische Bauelement 12, d. h. also beispielsweise die organische Leuchtdiode, als flächiger Leuchtkörper ausgebildet war, der an mindestens einer Stelle einen transparenten Abschnitt aufweist, durch die ein anorganisches Bauelement, d. h. beispielsweise eine anorganische LED, leuchtet, die direkt hinter der OLED positioniert ist, zeigt 2 ein Ausführungsbeispiel, bei der die organische Leuchtdiode 12 an sich schon, d. h. lateral durchgängig, transparent ausgelegt ist, und die anorganische LED- – dort wiederum exemplarisch zwei, nämlich 14a bzw. 14b – direkt durch die OLED 12 hindurchleuchten. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel von 2 demjenigen von 1.
3 zeigt eine weitere mögliche Variation des Ausführungsbeispiels von 1. Insbesondere befindet sich nach dem Ausführungsbeispiel von 3 in Abstrahlrichtung 20, 22a bzw. 22b hinter der organischen Leuchtdiode 12, wie z. B. an der die Lichtaustrittsfläche 16 bildenden Seite der OLED 12, eine optische Schicht 30, die in lateraler Richtung, d. h. quer zur Abstrahlrichtung 20, 22a und 22b, eine derart lateral variierende optische Charakteristik aufweist, dass eine Raumwinkelverteilung, mit welcher die LEDs 14a bzw. 14b abstrahlen, mehr beeinflusst wird als die Raumwinkelverteilung, mit der die OLED 12 abstrahlt, die beispielsweise durch die Schicht 30 überhaupt nicht beeinflusst wird.
4 zeigt beispielsweise exemplarisch, dass die LED eine gerichtete Abstrahlverteilung 32 aufweist, indem die Abstrahlwinkelverteilung für einen die LED 14a verlassenden Lichtstrahl bzw. für einen Ort an der Lichtaustrittfläche 18a durch eine Linie 32 dargestellt ist, die sich von dem Ort radial um so weiter entfernt je größer die Abstrahlung in der jeweiligen Richtung ist. Wie es zu sehen ist, wird durch die optische Eigenschaft 34 der Schicht 30 die gerichtete Abstrahlverteilung 32 exemplarisch so beeinflusst, dass das Licht der LED 14a an der Lichtaustrittsseite 36 der Schicht 30 zu Licht führt, das die Schicht 30 mit einer anderen bzw. unterschiedlichen Raumwinkelverteilung 38 verlässt, nämlich hier exemplarisch mit einer, die einen unterschiedlichen Raumwinkelschwerpunkt 22a' aufweist. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel für die Schicht 30 kann sich die Beeinflussung 34 durch die Schicht 30 aber auch zusätzlich oder alternativ auf die Raumwinkelausdehnung auswirken, d. h. zu einem Ausdehnungsunterschied zwischen der ursprünglichen Abstrahlverteilung 32 und der Verteilung 34 führen, wie es beispielsweise bei einer Diffuser schicht der Fall wäre.
In 4 ist exemplarisch auch gezeigt, wie sich die optische Eigenschaft 34 der Schicht 30 auf die Raumwinkelverteilung 40 des abgestrahlten Lichtes der OLED 12 auswirkt, wobei in dem Fall von 4 exemplarisch davon ausgegangen wird, dass die Schicht 30 derartig ausgestaltet ist, dass das Licht, das die Schicht 30 an der Seite 36 verlässt und von dem Licht der OLED 12 resultiert, immer noch die gleiche bzw. fast die gleiche Abstrahlcharakteristika aufweist wie ursprünglich an der Lichtaustrittsfläche 16 der OLED 12, hier nämlich exemplarisch eine diffusere Verteilung 40 als die Verteilung 32 der LED 14a.
Bei der optischen Schicht 30 kann es sich beispielsweise um eine Lichtleitschicht handeln, die das Licht der LED(s) 14a bzw. 14b in eine bestimmte Richtung ablenkt, die in dem Fall mehrere LED(s) 14a und 14b für die unterschiedlichen LEDs gleich aber auch natürlich unterschiedlich sein kann, wie es in 3 dargestellt ist.
In dem Fall von 1 waren die LEDs 14a und 14b bezogen auf die Abstrahlrichtung 20 hinter der OLED 12 angeordnet. In dem Ausführungsbeispiel von 5 ist eine Alternative hierzu gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die LEDs 14a und 14b in Abstrahlrichtung 20 vor der OLED 12 angeordnet. Wie es in 5 dargestellt ist, könnte die OLED 12 so ausgebildet sein, dass sie an den Stellen, vor denen die LEDs 14a und 14b gebildet sind, Abschnitte 50a und 50b aufweist, an denen die OLED 12 nicht ausstrahlt, d. h. an denen die Lichtaustrittsfläche 16 unterbrochen ist. Eine lateral durchgängig leuchtende OLED 12 mit einer beispielsweise einfach zusammenhängenden Lichtaustrittsfläche 16 wä re allerdings ebenfalls möglich. Ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel von 1 können die LEDs 14a und 14b an der die Lichtaustrittsfläche 16 bildenden Seite der OLED 12 befestigt sein oder anderweitig gehalten werden, um fest zu der OLED angeordnet zu sein.
Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass bei den Ausführungsbeispielen von 1–5 die Anzahl der anorganischen LEDs weder auf zwei, wie in den Figuren gezeigt, noch auf eins, wie im Vorhergehenden als Möglichkeit ausgeführt, noch auf irgendeine andere Anzahl eingeschränkt ist. Jegliche Anzahl ist möglich. Die laterale Verteilung in dem Fall mehrerer LEDs 14a, 14b über die Lichtaustrittsfläche 16 der OLED 12 hinweg kann regelmäßig oder unregelmäßig sein.
6a zeigt eine exemplarische Projektion der Lichtaustrittsfläche der OLED 12 und einer LED 14a entlang der Abstrahlrichtung 20, 22a bzw. 22b, wobei ersichtlich ist, dass die Austrittsfläche 18a in die Lichtaustrittsfläche 16 lateral eingebettet ist. Dabei bildet in dem Fall von 6a der Bereich der Lichtaustrittsfläche 16 um die Lichtaustrittsfläche 18a herum einen zweifach zusammenhängenden Bereich. In anderen Worten ausgedrückt wird bei dem Ausführungsbeispiel von 6a die Lichtaustrittsfläche 18a von der Lichtaustrittsfläche 16 lateral vollständig umgeben. Dies muss nicht sein, wie es in 6b gezeigt ist. Dort bildet der Bereich der Lichtaustrittsfläche 16 um die Lichtaustrittsfläche 18a herum einen einfach zusammenhängenden Bereich. Wie es 6c zeigt, ist es dabei ebenfalls möglicht, dass die Lichtaustrittsfläche 16 der OLED 12 selbst keinen zusammenhängenden Bereich definiert. In dem Fall von 6c bildet beispielsweise die Lichtaustrittsfläche 16 exemplarisch einen im Wesentlichen rechteckigen Flächenbereich 60, der sich in sechs Teile 16a–16f untergliedert, in deren Zwischenräumen zwischen denselben die Lichtaustrittsflächen 18a und 18b der LEDs 14a und 14b angeordnet sind. In diesem Fall äußerst sich die Einbettung der Lichtaustrittsflächen 18a und 18b in die Lichtaustrittsfläche 16 darin, dass die Lichtaustrittsflächen 18a und 18b vollständig innerhalb der kleinsten einfach zusammenhängenden und konvexen Fläche angeordnet sind, in die die einzelnen Teile 16a–16f der Lichtaustrittsfläche 16 vollständig einbeschrieben werden können, welche kleinste einfach zusammenhängende konvexe Fläche in dem vorliegenden Fall dem Rechteck 60 entspricht.
Bevorzugt beträgt ein Flächenverhältnis zwischen einer Summe der Lichtaustrittsflächen 18a und 18b, d. h. F₁₈ = F_18a + F_18b, einerseits und einer Gesamtfläche F₁₆ der Lichtaustrittsfläche 16 andererseits, weniger als ½, d. h. F₁₈/F₁₆ < 0,5.
Obwohl die 6a–6c zeigen, dass sich die Lichtaustrittsfläche(n) 18 immer im Inneren der Lichtaustrittsfläche 16 befinden/t, wird eine ausreichend flächige Lichtausgabe, in der sich das Licht der LED 14 und das Licht der OLED 12 überlagern, auch erzielt, wenn sich die Lichtaustrittsfläche bzw. die Lichtaustrittsflächen 18 am Rand der Lichtaustrittsfläche 16 bzw. der Abschnitte der Lichtaustrittsfläche 16 befinden, und zwar, wenn beispielsweise das Flächenverhältnis zwischen der kleinsten einfach zusammenhängenden konvexen Fläche F_Ges, die beide Lichtaustrittsflächen, d. h. 16 und 18, umfasst, zu der kleinsten einfach zusammenhängenden konvexen Fläche F₁₆, die lediglich die Lichtaustrittsflächen 16 umfasst, kleiner als 1,2 ist, d. h. F_Ges/F₁₆ < 1,2, wobei gegebenenfalls die Gesamtfläche zusätzlich oder alternativ dem Verhältnis F_Ges/F₁₆ > 1,02 genügt.
Bei den Lichtaustrittsflächen 16a–16f kann es sich wiederum um individuell ansteuerbare Teile der OLED 12 handeln, in welchem Fall jeder Teil 16a–16f einer OLED entspräche, oder es handelt sich bei den Teilen 16a–16f um lediglich gemeinsam ansteuerbare Elemente. In dem erstgenannten Fall werden die Bereiche 16a–16f beispielsweise über eine der beiden Elektroden der OLED definiert, d. h. über die Anode oder die Kathode, die entsprechend lateral in die einzelnen Teile 16a–16f strukturiert ist, während die andere Elektrode lateral durchgängig sein kann, um sich über die gesamte Fläche 60 zu erstrecken. In diesem Fall ist es auch möglich, dass die OLED 16 eine Anzeige lateral geformten Symbols anzeigt oder als Pixelanzeige zur Anzeige variablen Inhalts dient.
Im übrigen wird darauf hingewiesen, dass für alle im Vorhergehenden sowie auch für die anderen Ausfürhungsbeispiele gilt, das das Farbspektrum der LED das gleiche sein kann wie dasjenige der OLED oder aber das dieselben sich voneinander unterscheiden können.
Bezug nehmend auf 7 und 8 werden nun zwei Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen die Überlagerung des LED-Lichtes mit dem OLED-Licht auf andere Weise geschieht, nämlich indem die Abstrahlrichtung der LEDs seitlich zur Abstrahlrichtung der OLED erfolgt, wobei eine optische Schicht das seitlich eingekoppelte Licht der LEDs in die Abstrahlrichtung der OLED umlenkt. Hierdurch ist eine Farbmischung des Lichts der LED mit dem Licht der OLED möglich und es kann eine monochrome oder weiße OLED durch eine seiteneingespeiste LED farblich gemischt werden.
7 zeigt zunächst ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung 10, bei der in Abstrahlrichtung hinter der OLED 12, wie z. B. an der die Lichtaustrittsfläche 16 der OLED 12 bildenden Seite der OLED 12 eine optische Schicht 70 gebildet ist, wobei eine oder, wie es in 7 exemplarisch gezeigt ist, mehrere anorganische LEDs 14a und 14b mit jeweiligen Lichtaustrittsflächen 18a und 18b so angeordnet sind, um Licht seitlich in die Schicht 70 einzukoppeln, wofür ihre Abstrahlrichtung 22a und 22b beispielsweise quer zur Abstrahlrichtung 20 der OLED 12 verläuft. In dem Fall von 7 sind die LEDs 14a und 14b entlang des Außenumfangs der Schicht 70 angeordnet.
Die optische Schicht 70 ist nun so ausgebildet, dass sowohl das Licht der OLED 12 als auch das Licht der LEDs 14a und 14b zu einem Lichtaustritt 72 an einer der OLED 12 abgewandten Seite 74 der optischen Schicht 70 führt. Die optische Schicht ist beispielsweise eine Streuschicht, d. h. eine Schicht aus transparentem Grundmaterial, in der Streuzentren eingerichtet sind, deren Dichte in lateraler Richtung beispielsweise von außen nach innen bzw. von den LEDs 14a und 14b nach innen zunimmt, damit die Anteil des LED-Lichtes an der Lichtausgabe 72 über die Lichtaustrittsfläche 16 hinweg lateral gleichmäßig ist.
Natürlich können auch andere optische Schichten 70 als Streuschichten verwendet werden. Beispielsweise würden sich fluoreszierende oder phosphoreszierende Schichten eignen, in welchem Fall das Licht des Lichtaustritts 72 zwar aus dem Licht der OLED 12 und dem Licht der LED 14a und 14b resultieren würde, aber zumindest teilweise aus Sekundärlicht bestehen könnte, das ein anderes Spektrum aufweist als das Primärlicht der OLED 12 und der LED 14a und 14b.
Ferner könnte die Schicht 70 als Keilschicht ausgebildet sein, um die seitliche Umlenkung des Lichts der LEDs 14a und 14b zu erzielen.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel von 7 die OLED 12 ausgebildet ist, um Licht beidseitig auszustrahlen, d. h. in Richtung der optischen Schicht 70 und entgegengesetzt hierzu, wobei zudem auch die optische Schicht 70 ausgebildet sein kann, um das LED-Licht der LEDs 14a und 14b in beide Richtungen, d. h. durch die Seite 74 hindurch sowie in die der OLED 12 zugewandten Richtung hin umzulenken. Bei dem Ausführungsbeispiel von 8 kann somit sowohl das OLED- als auch das LED-Licht beidseitig austreten. Die OLED ist beispielsweise für das aus dem Licht der LEDs 14a und 14b in der Schicht 70 resultierende Licht transparent ausgeführt.
Bezug nehmend auf die 9 und 10 werden im Folgenden detaillierte Realisierungsmöglichkeiten für die Ausführungsbeispiele nach 1 bis 3 beschrieben, bei denen sich ja die anorganischen LEDs hinter der OLED befinden. Zudem wird eine Möglichkeit zu deren Herstellung beschrieben.
Gemäß 9 umfasst die OLED 12 eine erste Elektrodenschicht 90, eine Schichtstruktur 92 mit einer oder mehreren organischen Schichten und eine zweite Elektrodenschicht 94, die in dieser Reihenfolge auf einem transparenten Trägersubstrat 96 angeordnet sind. Die LEDs 14a und 14b sind auf einem geeigneten Substrat 98 angeordnet, wie z. B. einer Leiterplatte. Die Elektrodenschicht 90 und die Schichtstruktur 92 sind transparent für das Licht der LEDs 14a und 14b und können, wie es in 9 gezeigt ist, durchgängig gebildet sein. Die zweite Elektrodenschicht 94 ist strukturiert, um Öffnungen 100 aufzuweisen, die dazu vorgesehen sind, Licht der LEDs 14a und 14b in Abstrahlrichtung 20 der OLED 12 durchzulassen. Insbesondere schützt ein transparenter Deckel 102 die empfindliche OLED 12 von außen, indem er zusammen mit dem Substrat 96 einen abgeschlossenen Hohlraum 104 bildet, in dem sich die OLED 12 befindet. Durch diesen transparenten Deckel 102 hindurch strahlen die LEDs 14a und 14b in die gleiche Richtung wie die Abstrahlrichtung 20 der OLED 12, wozu die Leiterplatte 98 parallel zum Substrat 96 angeordnet ist, und zwar so dass die LEDs 14a und 14b der OLED 12 zugewandt sind. Wie es in 9 gezeigt ist, kann auf der der OLED 12 abgewandten Seite des Substrats 96, wie im Vorhergehenden beschrieben, optional eine optische Schicht angeordnet sein, wie z. B. eine Auskoppel-Diffuser-Schicht, d. h. eine Schicht, die die Raumwinkelverteilung des ankommenden Lichtes verbreitert. Die Schicht ist in 9 mit 106 angezeigt.
Bei der Herstellung wird beispielsweise auf dem transparenten Trägermaterial des Substrats 96, das beispielsweise Glas oder Folie ist, zunächst ein transparentes leitendes Material, wie z. B. Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder ZnO:Al aufgebracht, um die erste Elektrodenschicht 90 zu bilden, wobei die Schicht 90 gegebenenfalls noch strukturiert wird, um den Außenumfang zu definieren. Auf diesem Material werden dann beispielsweise organische Schichten abgeschieden, um die Schichtstruktur 92 zu bilden. Auf dieser Schichtstruktur 92 wird beispielsweise wiederum leitfähiges Material aufgebracht und strukturiert, um die zweite Elektrodenschicht 94 zu bilden, d. h. eine leitende Deckelektrode 94, die transparent oder nicht-transparent sein kann. Im intransparenten Fall kann die Elektrode 94 beispielsweise aus Metall bestehen, wie z. B. Aluminium oder Silber, und im transparenten Fall kann sie beispielsweise aus einem transparenten Leiter, wie z. B. einer dünnen Metallschicht oder einem transparenten Oxid, wie z. B. ITO oder ZnO, bestehen. Der Deckel 102 wird beispielsweise aus Glas oder Folie oder einem sonstigen transparenten Material gebildet, um die OLED 12 vor Sauerstoff und Wasser zu schützen. Die LEDs 14a und 14b werden beispielsweise inklusive einer geeigneten Einkoppeloptik auf dem Träger 98, wie z. B. einer Leiterplatte, aufgebracht und gegenüber der OLED 12 so positioniert angebracht, dass die LEDs 14a und 14b durch die transparenten Teile 100 der OLED 12 leuchten, nämlich dort, wo die Deckelektrode 94 durch die Strukturierung entfernt ist bzw. fehlt. Die optische Schicht 106 kann aufgebracht werden, um die Homogenität des an der der OLED 12 abgewandten Seite des Substrats 96 austretenden Lichts zu verbessern.
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das sich von demjenigen von 9 dadurch unterscheidet, dass die OLED 12 nicht durch einen transparenten Deckel geschützt wird, sondern durch eine Dünnschichtverkapselung 108, die ebenfalls aus einem transparenten Material, wie z. B. Epoxidharz, besteht, auf der wiederum ein mechanischer Schutz 110 in Form von beispielsweise Glas oder Folie angeordnet ist, um vor mechanischen Einflüssen aus der dem Substrat 96 abgewandten Seite zu schützen.
11 zeigt eine weitere technische Ausführung einer Beleuchtungsvorrichtung, die einem Ausführungsbeispiel für eine Beleuchtungsvorrichtung entspricht, wonach die OLED und die LEDs in der gleichen Höhe angeordnet sind (in Abstrahlrichtung betrachtet). Bei diesem Ausführungsbeispiel sind sowohl die OLED als auch die LEDs auf dem gleichen Substrat 96 angeordnet. Insbesondere umfasst die OLED 12 wieder die Schichten 90, 92 und 94, wobei diesmal nur die erste Elektrodenschicht 90 lateral durchgängig ausgebildet ist, während die organische Schichtstruktur 92 und die zweite Elektrodenschicht 94 lateral übereinstimmend strukturiert sind, um einen oder mehrere Zwischenräume 112 zu bilden. In diesem Zwischenraum 112 sind eine oder mehrere LEDs 14a und 14b auf der dem Substrat 96 abgewandten Seite der ersten Elektrodenschicht 90 angeordnet. Von der dem Substrat 96 abgewandten Seite sind die Schichtstruktur 92 und die erste Elektrodenschicht 94 durch eine strukturierte Verkapselung 114 geschützt, die strukturiert ist, um den bzw. die Zwischenräume 112 freizulassen. Auf der dem Substrat 96 abgewandten Seite der strukturierten Verkapselung 114 kann eine Abschlussplatte 116 vorgesehen sein, an der direkt oder, wie in 11 dargestellt, über einen Zwischenträger 118 die LEDs 14a, 14b befestigt sind, so dass bei geeigneter Auslegung des Zwischenträgers 118 bzw. der Platte 116 selbst letztere als Wärmesenke zur Abführung der in den LEDs entstehenden Wärme dienen kann.
Zur Herstellung werden beispielsweise die organische Schichtstruktur 92 und die Deckelektrode 94 zunächst mit der strukturierten Verkapselung 114 verkapselt, woraufhin eine Integration der LEDs 14a und 14b durch eine elektrische Kontaktierung dieser Bauelemente mit der ersten, transparenten Elektrode 90 erfolgt, die wiederum beispielsweise ITO oder ZnO:Al sein kann. Die Elektrode 90 kann dabei zur Verringerung des Anschlusswiderstands durch eine Metallschicht im Nicht-Sichtbereich verstärkt sein, d. h. lateral überall dort, wo weder OLED- noch LED-Licht hin durchscheinen muss. Zur Montage kann beispielsweise ein Drahtbandverfahren oder ein Flip-Chip-Verfahren verwendet werden. Im Anschluss daran kann die Abschlussplatte 116 rückseitig befestigt werden, um insbesondere im Bereich der LEDs 14a und 14b zur Wärmeabfuhr direkt oder über den Zwischenträger 150 zu dienen. In 11 ist nochmals dargestellt, dass an der der OLED 12 abgewandten Seite des Substrats 96 eine optische Schicht 106 vorgesehen sein kann.
Bezug nehmend auf die folgenden Figuren werden noch mögliche Anwendungsfälle oben beschriebener Ausführungsbeispiele beschrieben.
12 zeigt beispielsweise eine Kombination zwischen LEDs 14 und OLEDs 12, bei welcher die LEDs 14 im nicht-leuchtenden Zwischenraum 120 der OLEDs 12 angeordnet sind. Die LEDs 14 können hierbei die gleiche oder eine andere Farbe als die OLED 12 haben. Bei dieser Gelegenheit sei darauf hingewiesen, dass weder in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel noch in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen die Anordnung der LEDs und OLEDs auf eine rechteckige Anordnung einschränkt ist. Eine nicht-rechteckige Anordnung der OLEDs ist beispielsweise in dem Fall von 12 ebenfalls möglich, wie z. B. in der Form eines Zeichens oder Schriftzuges. Beispielsweise könnte die Anordnung nach 12 im Bereich der Effektbeleuchtung oder Signalbeleuchtung verwendet werden. Die LEDs 14 können beispielsweise zeitlich blinkend geschaltet bzw. angesteuert werden und können zu einer Hervorhebung einer Kontur des Zeichens oder des Schriftzuges verwendet werden, der durch die OLEDs angezeigt wird.
13 zeigt eine Anordnung der LEDs 14 innerhalb des aktiven Leuchtfeldes bzw. der Lichtaustrittsfläche der OLEDs 100, wobei bei dieser Anordnung die Effektbeleuchtung mehr im eigentlichen Sichtfeld integriert ist. Eine unregelmäßige oder quasi zufällige Anordnung, wie sie in 13 dargestellt ist, ist insbesondere für Effektbeleuchtung, wie z. B. in Form eines Sternenhimmels, geeignet.
14 zeigt ein Beleuchtungselement bzw. eine Lampe 140, in deren Lichtkopf 142 eine Beleuchtungsvorrichtung 144 mit einer Kombination aus einer OLED 12 und einer LED 14 eingebaut ist. Beispielsweise übernimmt die LED 14 in Kombination mit beispielsweise einer Auskoppeloptik (nicht gezeigt) die Funktion einer punktförmigen bzw. lokaleren Beleuchtung, wie z. B. zum Lesen, wobei die OLED 12 als Ambientebeleuchtung der Szenerie dient.
Eine Modifikation des Ausführungsbeispiels von 14 ist in 15 gezeigt. Insbesondere ist in dem Fall von 15 mehr als nur ein LED-Bereich 14 vorgesehen, der in die OLED 12 integriert ist. Beide LED-Bereiche 14' und 14'' können optisch in verschiedene Richtungen fokussiert sein. Hierdurch bietet sich die Möglichkeit, bei der Innenraumbeleuchtung in Automobilen oder Bussen bestimmte Sitzplätze gezielt anzuleuchten, oder die Möglichkeit, Rückschlussleuchten mit integrierter Bremsleuchtung oder Lampenkombinationen in Flugzeugen zu bilden.
In der vorhergehenden Beschreibung wurde lediglich der Einfachheit halber in dem Fall des anorganischen lichtemittierenden Bauelements exemplarisch von einer LED gesprochen und nicht von einer anorganischen LED im Unterschied zu einer OLED. Eine anorganische LED kann insbesondere eine Halbleiter-LED sein, wie z. B. eine lichtemittierende Halbleiterdiode in III-V-Halbleitertechnologie. In Bezug auf den transparenten Bereich in dem Fall von 1 wird darauf hingewiesen, dass derselbe beispielsweise auch durch eine Öffnung in der OLED gebildet sein kann, oder durch eine entsprechende Öffnung nicht nur in einer der Elektroden, sondern auch eine Öffnung in dem organischen Schichtstapel, wie es beispielsweise auch Bezug nehmend auf 11 beschrieben worden ist.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung mit einem anorganischen lichtemittierenden Bauelement (14a) mit einer ersten Lichtaustrittsfläche (18a) und einem organischen lichtemittierenden Bauelement (12) mit einer zweiten Lichtaustrittsfläche (16), die größer als die erste Lichtaustrittsfläche (18a) ist, wobei das anorganische lichtemittierende Bauelement (14a) und das organische lichtemittierende Bauelement (12) so angeordnet sind, dass eine flächige Lichtausgabe resultiert, in der sich Licht des anorganischen lichtemittierenden Bauelements (14a) und Licht des organischen lichtemittierenden Bauelements (12) überlagern.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das anorganische lichtemittierende Bauelement (14a) und das organische lichtemittierende Bauelement (12) so angeordnet sind, dass dieselben ihr Licht in die gleiche Abstrahlrichtung (22a, 20) abstrahlen und die erste Lichtaustrittsfläche (18a) bei Projektion entlang der Abstrahlrichtung (22a, 20) in die zweite Lichtaustrittsfläche (16) eingebettet ist.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der das organische lichtemittierende Bauelement (12) für das Licht des anorganischen lichtemittierenden Bauelements (14a) transparent ausgeführt ist und das anorganische lichtemittierende Bauelement (14a) in Abstrahlrichtung (22a, 20) vor dem organischen lichtemittierenden Bauelement (16) angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der das organische lichtemittierende Bauelement (12) einen transparenten Abschnitt (26a) aufweist und das das anorganische lichtemittierende Bauelement (14a) angeordnet ist, um sein Licht durch den transparenten Abschnitt (26a) abzustrahlen.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der der transparente Abschnitt (26a) durch eine Öffnung in einer nicht-transparenten Rückseitenelektrode (94) des organischen lichtemittierenden Bauelements (12) gebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der in Abstrahlrichtung (22a, 20) hinter dem organischen lichtemittierenden Bauelement (21) und dem anorganischen lichtemittierenden Bauelement (14a) eine optische Schicht (30) angeordnet ist, die eine Abstrahlraumwinkelverteilung (40) des Lichts des organischen lichtemittierenden Bauelements (12) weniger beeinflusst als eine Abstrahlraumwinkelverteilung (32) des Lichts des anorganischen lichtemittierenden Bauelements (14a).
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der die optische Schicht (30) eine Diffuser-Schicht, eine transparente Schicht mit lokalen Öffnungen an einer Position des anorganischen lichtemittierenden Bauelements oder eine transparente Schicht mit lateral variierender Oberflächenreliefstruktur ist.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der in einer Abstrahlrichtung (20) des organischen lichtemittierenden Bauelements (12) hinter dem organischen lichtemittierenden Bauelement (12) eine optische Schicht (70) angeordnet ist, und das anorganische lichtemittierende Bauelement (18a) angeordnet ist, um sein Licht seitlich in die optische Schicht (70) abzustrahlen, wobei die optische Schicht (70) so ausgebildet ist, dass sowohl das Licht des organischen lichtemittierenden Bauelements (12) als auch das Licht des anorganischen lichtemittierende Bauelements (14a) zu einem Lichtaustritt an einer dem organischen licht emittierenden Bauelement (12) abgewandten Seite (74) der optischen Schicht (70) führt.
Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der das organische lichtemittierende Bauelement (12) so ausgebildet ist, dass dasselbe sein Licht auch in eine zur Abstrahlrichtung (20) entgegengesetzte Richtung abstrahlt, und die optische Schicht (70) so ausgebildet ist, dass das Licht des anorganischen lichtemittierenden Bauelements (14a) auch zu einem Lichtaustritt an einer dem organischen lichtemittierenden Bauelement (12) zugewandten Seite der optischen Schicht (70) führt.
Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das anorganische lichtemittierende Bauelement (14a) an dem organischen lichtemittierenden Bauelement (12) befestigt ist.
Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mehrere anorganische lichtemittierende Bauelemente (14a) vorgesehen sind.
Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 11, bei der die anorganischen lichtemittierenden Bauelemente (14a) in einer zweidimensional regelmäßigen Anordnung lateral verteilt über die zweite Lichtaustrittsfläche (16) angeordnet sind.
Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das anorganische lichtemittierende Bauelement (14a) eine Halbleiter-LED ist.
Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das organische lichtemittierende Bauelement (12) eine OLED ist.
Leselampe mit einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Licht des anorganischen lichtemittierenden Bauelements eine Diffusbeleuchtung und das Licht des organischen lichtemittierenden Bauelements ein gezieltes Leselicht bildet.
Kfz-Rückschlussleuchte mit einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das anorganische lichtemittierende Bauelement als Bremsleuchte und/oder Blinker fungiert.
Verfahren zur Erzeugung einer flächigen Lichtausgabe durch Erzeugen von durch ein anorganisches lichtemittierendes Bauelement (14a) mit einer ersten Lichtaustrittsfläche (18a) und Erzeugen von Licht durch ein organisches lichtemittierendes Bauelement (12) mit einer zweiten Lichtaustrittsfläche (16), die größer als die erste Lichtaustrittsfläche (18a) ist, so dass sich in der resultierenden flächigen Lichtausgabe das Licht des anorganischen lichtemittierenden Bauelements (14a) und das Licht des organischen lichtemittierenden Bauelements (12) überlagern.