JP5779406B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの有機発光ダイオードが光学的透明基板において層構造として形成された照明装置に関する。少なくとも１つの有機発光ダイオードおよび光学的透明基板は回路基板に接続されている。有機発光ダイオードの電極を接続するための電気的なコンタクト部が、有機発光ダイオードの制御のための回路基板の表面にある。

本発明において、有機発光ダイオードは、以下ではＯＬＥＤとも呼ばれ、光学的透明電極および上部電極によって囲まれた機能層を有する多層構造として使用される。

ＥＰ１０８７６４９Ａ２で公知となっているようなガラス基板は光学的透明基板として使用される。ここで、ガラス基板を貫くビア（via）はキャリア（carrier）として使用される。このために、ガラス基板に穴を開けて、その穴に電気的導電性の銀ペーストを充填することが必要となる。ガラス基板にドリルで穴を開けるとき、温度変化または機械的な力の影響で広がって拡大するマイクロクラックが必然的に形成される。したがって、それらは、水分および酸素のための入口のポイントを形成し、それが有機発光ダイオードの機能障害を生じさせる。

シーラント（sealant）によって囲まれている多層の回路基板を有する発光ダイオードは、ＵＳ６，５６１，６６６Ｂ２に記載されている。発光素子の電極の電気的なコンタクティング（contacting）が外側の周辺で行われ、それは、拡大された辺縁領域（marginal region）を生じさせ、それによって光の放射に使用できない拡大された表面が生じる。これは特に、これらの複数の素子が列状に配置またはアレー状に配置されて使用されるときに、デメリットとなる。なぜなら、素子間に非発光ギャップ（no light-emitting gaps）が存在するからである。

さらに、水分や酸素のための入口のポイントの問題がある。周知のように、水分や酸素はＯＬＥＤに対するディスターバンス（disturbance variables）となり、それがＯＬＥＤの機能および寿命に不利な影響を及ぼす。それ故、照明装置の持続的で確実なシーリング（sealing）が、有機発光ダイオードの使用における基本的な要件となる。

ＯＬＥＤを備えた公知の照明装置においては、ガラス基板と上部ガラスの間のＯＬＥＤのハウジングに起因する問題がある。これらはＯＬＥＤのコンタクティングに必要となる電気的接続の確実な分離／絶縁（unbundling/separation）における制約となり、技術的に複雑および／または高コストな、ガラス基板への直接的なコンタクティングが必要となってしまう。

したがって、本発明の目的は、光の放射のために利用されうる拡大された表面を有し、周囲環境からの水分および酸素の侵入を避けるための改良されたシーリングを実現し、容易かつ低コストで製造されうる、有機発光ダイオードを有する照明装置を提供することにある。

本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を有する照明装置によって実現される。本発明の好ましい実施形態およびさらなる改良例は、従属請求項に係る特徴を用いて実現されうる。

本発明に係る照明装置は、光学的透明基板において層構造として形成された少なくとも１つの有機発光ダイオードを有する。少なくとも１つの有機発光ダイオードおよび光学的透明基板は回路基板に接続されている。有機発光ダイオードの電極の接続のための電気的なコンタクト部が回路基板の表面にある。

ここで、有機発光ダイオードの方を向いている回路基板の表面には、その全体の領域上に透過バリア（permeation barrier）としての金属コーティングが備えられる。金属コーティングは、コンタクト部の周囲に形成された電気絶縁体によってだけ破られている（breached by）。これらの表面領域が、全体の表面と比べて十分小さく、金属コーティングによってカバーされておらず、周囲環境からの流体の侵入を避けるように容易にかつ確実にシールされうることは言うまでもない。

金属コーティングは回路基板の表面に直接設けられる。これは、例えば金属箔（metallic foil）を押しつけること、または、湿式化学法（ガルバニック（galvanic）または化学蒸着）といった、回路基板の製造において通常に利用される技術を低コストで用いることによって行われる。

金属コーティングは、例えば回路基板のポリマーから脱気された（degased）ガス状成分（gaseous components）の侵入を妨げる。

有機発光ダイオードの方を向いている回路基板の表面、および金属コーティングは、三次元に構成された表面を効果的に形成する。少なくとも、ＯＬＥＤの電極の接続のためのコンタクト部は、その構造化された表面においてソケット形状にデザインされている。それらは、照明装置の内部に***部（elevated portion）を形成する。放射状（radially）外側の辺縁領域を、光学的透明基板の対応した辺縁で接合ゾーン（join zone）を形成するように***したものとして、デザインすることが好ましい。材料連続性（material continuity）を有する接続は、好ましくは接着ボンディング（adhesive bonding）によって、この接合ゾーン内で行われうる。ここで、所謂封入接着剤（encapsulating adhesive）が使用されうる。しかしながら、材料連続性を有する接続は、適切なガラスはんだ、または、ガラスはんだと封入接着剤を組み合わせたものを使用して行われてもよい。

三次元構造は、***するようにデザインされたコンタクト部、および／または***した辺縁領域で形成されうる。

少なくとも１つの中空空間が、照明装置の内部の***部の間に形成される。前記中空空間が、吸湿性物質（hygroscopic substance）（ゲッタデポジット（getter deposit））の収容のために利用されうる。そして、侵入してくる水はそれによって吸収され、有機発光ダイオードの感受性物質（sensitive substance）との接触が避けられる。

このような配置におけるＯＬＥＤの多層構造に対するダメージは、構造化された表面、および、材料連続性を有する放射状外側の辺縁に対する接合を用いることで、さらに回避されうる。ここで、放射状外側の辺縁は、回転対称的に（rotationally symmetrically）デザインされたものではなく、または、湾曲した外側の辺縁を有しない、外側の辺縁形状（marginal geometries）を含むべきである。したがって、照明装置は様々な角度を有するような（multi-angular）辺縁形状を有していてもよい。

狭い辺縁領域のみが接合のために必要とされる。その結果、光の放射に利用できない、本発明に係る照明装置の外側の辺縁における表面が、小さく維持されうる。その接合に関して、突出した辺縁領域は容易に切断されうる。それはソーイング（sawing）またはレーザ切断によって容易に実現されうる。

コンタクト部はそれぞれ、回路基板の後側に導かれたビアによって電気的かつ導電的に接続されうる。電気絶縁体は、ビアを囲むスリーブ（sleeve）の形状にデザインされうる。

電気絶縁体の外側を向く端面は、封入接着剤で追加的にシールされうる。

ビアにおいて、十分大きなコンタクト表面が、電気的なコンタクティングのために利用されうる回路基板の両側に形成されうる。

多層の回路基板は、電気的導電性接続が複数の平面において（in a plurality of levels）なされるように使用される。これらの電気的導電性接続は、より短いトレンチコンタクト（trenched contacts）またはブラインドホールコンタクト（blind hole contacts）を使用して互いに接続され、回路基板の後側またはそれと反対側に導かれるようになっている。

本発明に係る照明装置の回路基板は、繊維強化剤（fiber reinforcement）を備えたエポキシ樹脂と繊維強化剤を備えていないエポキシ樹脂とを含む材料を使用して形成される。

回路基板にあるビアにおける電気絶縁体は、誘電性円筒を囲む誘電性の外側スリーブと、当該外側スリーブと誘電性円筒の間に配置された中空の円筒状部材（cylindrical element）またはフィラー（filler）とで形成されうる。中空の円筒状部材またはフィラーはビアの電気的導電性接続を形成することができる。

金属コーティングはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｎまたはそれらの合金を使用して形成されうる。それは５μｍ〜２５０μｍの範囲の層厚を有する。ここでは、積層された複数の金属層によって金属コーティングが形成される。すなわち、銅層が回路基板の表面に直接形成され、さらなる金属層が銅層の上に形成され、金、銀またはスズの少なくとも１つの保護層が前記さらなる金属層の上に形成される。銅層の層厚はその上に形成されたさらなる金属層の層厚より大きい。特に、外側の金の保護層とともに、バリア層が金の拡散バリアを形成する条件下で形成されるのが好ましい。バリア層はニッケルからなる。信頼性を有する透過バリア効果は、そのような金属コーティングの比較的小さな層厚を用いることによって実現されうる。

さらに、金属コーティングの表面に誘電性保護層を備えることもできる。少なくとも１つのＯＬＥＤを有する光学的透明基板と金属コーティングとの間にある中空空間は、例えば封入接着剤といった誘電性物質で全体的にまたは部分的に充填されうる。しかしながら、コンタクト部、および／または中空空間に配置された吸湿性物質は、コーティングされないままとすべきである。

有機発光ダイオードの上部電極に接触している、ビアの端部の表面は、金属コーティングによって直接カバーされうる。金属コーティングは、電気的導電性接続のために追加的に利用されうる。

電気的導電性物質が、ビアに対して、および／またはコンタクト表面に対して、スポット形状（spot-form）に設けられる。これは、電気的導電性接着剤またははんだからなる。

５μｍから１００μｍの範囲の間隔を有するギャップが、有機発光ダイオード、および／または、光学的透明基板の方を向くコンタクト部の表面、および／または、金属コーティングの間に形成される。このギャップは、***するように形成された辺縁領域の適切な大きさ（dimensioning）によって、および／または、材料連続性を有する接続のために辺縁領域と光学的透明基板の間に設けられる封入接着剤またはガラスはんだの厚みによって、決定される。水分や酸素の浸入は、それによってさらに妨げられ、または、少なくとも減らされうる。

有機発光ダイオードは、照明装置の内部に少なくとも１つの薄膜封入層（thin-film encapsulating layer）を備える。この薄膜封入層またはこれらの薄膜封入層は、有機発光ダイオードの感受性物質をさらに保護することができる。それらは、例えばペリレン（perylene）および／またはシリコン窒化物からなる。

有機発光ダイオードの透明電極および／または上部電極のコンタクティングのためのコンタクト領域は、好ましくは、それぞれの有機発光ダイオードの活性表面領域（active surface region）内で配置される。これは、透明電極のコンタクト領域に設けられ、上部電極のコンタクト領域にも設けられる。しかしながら、全てのコンタクト領域は、光を放射するそれぞれの有機発光ダイオードの活性表面領域の外側に配置されることもできる。

コンタクト領域が活性表面領域内に配置される場合、それらコンタクト領域は、上部電極によって囲まれ、光学的透明電極のためのコンタクト領域に問題があるときにそれによってそこから電気的に絶縁される。活性表面領域内のコンタクト領域のこのような配置により、光の放射のために有用な全体のエリアが拡大されうる。そこに配置されたコンタクト領域の領域において、１つあるいはそれ以上の薄膜封入層が取り除かれ、それぞれのコンタクト領域に対する自由なアクセスがそこで可能になる。これは、例えばマスクを使用した適切な層形成によって実現される。

一列に配置された４つの有機発光ダイオードを備えた、本発明に係る照明装置の一例を部分的に示した概略図である。 本発明に係る照明装置において使用される回路基板を部分的に示した図である。 金属コーティングを備え、コンタクト部を有する回路基板の表面を上方から見た部分拡大図である。 光学的透明基板に形成された有機発光ダイオードの多層構造を示す図である。 有機発光ダイオードの電極の電気的導電性接続の例を示す図である。 有機発光ダイオードの電極の電気的導電性接続の他の例を示す図である。 本発明に係る照明装置の一例の部分的な断面図である。

本発明は、以下の実施例において、より詳細に説明される。

図１は、光学的透明基板３０１上に一列に多層構造として形成された４つの有機発光ダイオード１０２を備えた照明装置を部分的に示した図である。このように形成された透明基板３０１は、放射状外側の辺縁において材料連続性を有する接着ボンディングによって、多層の回路基板１０１に接続される。光学的透明基板３０１の方を向いている回路基板１０１の表面は、金属コーティング１０４を有している。金属コーティング１０４は積層形成された３つの層を有する。すなわち、銅層が回路基板１０１の表面に形成され、ニッケル層が銅層の上に形成され、金の保護層がその上に形成される。

有機発光ダイオード１０２の電極に対する電気的導電性接続のために、ビア２０９は、回路基板１０１を貫通して該回路基板１０１の後側に導かれている。また、追加的なトレンチコンタクト２１０が、回路基板１０１の内面における導電体通路に導かれている。

有機発光ダイオード１０２の制御のための電子部材（electronic elements）１０３は、回路基板１０１の後側に取り付けられ、ビア２０９を介して有機発光ダイオード１０２の電極に電気的かつ導電的に接続される。

中空空間１０５は、光学的透明基板３０１と、有機発光ダイオード１０２が配置される領域における回路基板１０１の表面との間にある。

追加的に、図１に示されていないが、金属コーティング１０４の表面には、誘電性保護層が備えられる。この保護層は、ここでは図示しないが、同様にコンタクト部２０７の領域においてだけ途切れている（interrupted）。ここで、このような保護層は、封入接着剤で形成され、コンタクト表面２２４だけが残された状態となる（図３参照）。

図２は、本発明に係る照明装置で使用される回路基板１０１を部分的に示した図である。有機発光ダイオード１０２（ここでは図示しない）の電極の制御のための電子部品２１２は、回路基板１０１の後側に取り付けられ、はんだコンタクト（solder contact）２１３を用いたはんだ付けによって電気的かつ導電的に固定され、それから導電体通路２１４を使用してビア２０９を通って導かれる。コンタクト部２０７は、ビア２０９における回路基板１０１の反対側で接続され、以下に述べるように、図示しない有機発光ダイオードの電極に順に接続される。

少なくとも１つのラミネート２０２と、エポキシ樹脂を含む繊維強化接着膜（fiber-reinforced adhesive films）２０１は、回路基板１０１内にある。コンタクト部２０７、ビア２０９、トレンチコンタクト２１０およびブラインドホールドコンタクト２１１における、電気的な導電体通路２１４、２１５、および電気的な導電性部分２０３は、酸化を防ぐために表面に金属または有機物の保護コーティングを備えた銅から形成される。

誘電性物質からなるスリーブ形状の（sleeve-shaped）電気絶縁体２０５は、ビア２０９にある。その物質は回路基板１０１の熱膨張係数に適合する熱膨張係数を有するべきである。

回路基板１０１の上側には、金属コーティング１０４が備えられている。金属コーティング１０４は、銅層が回路基板１０１の表面にまず設けられ、４μｍ〜８μｍの範囲の層厚を有するニッケルのバリア層がこの銅層の上に形成され、前記バリア層の上に約５０ｎｍの層厚を有する金の保護層が形成されるようにして、形成される。コンタクト部２０７を有するビア２０９の突出領域と同様に、放射状外側の辺縁領域２０８が、***するように形成される。そして、図１に示されるように、中空空間１０５は、光学的透明基板３０１と、回路基板１０１において高さの低くなった残りの表面との間に形成される。

吸湿性物質２０６は中空空間１０５の領域内にある。侵入した水分はそれで吸収されて有機発光ダイオード１０２から遠ざけられる。中空空間１０５は適切なシーラントで部分的にまたは全体的に充填される。

図示されていない実施態様において、回路基板１０１の三次元構造化された表面の代わりに、相補的な形状の対応した表面構造が、回路基板１０１の方を向いている光学的透明基板３０１の表面に形成されてもよい。このために、付加的な構造体がこの表面に取り付けられてもよい。それらは、パッシベーション領域（passivation zone）３２０と呼ばれ、例えば図７に示すように形成されている。

図３は、コンタクト部２０７を有する回路基板１０１の表面の部分的な領域の平面図である。このコンタクト部２０７のコンタクト表面２２４だけが見やすくされている。コンタクト部２０７は、金属コーティング１０４が形成されている回路基板１０１の表面を越えて***した形状のビア２０９の一部とともに突出している。電気絶縁体２０５はここでは誘電性のスリーブである。電気的導電性物質または金属が電気絶縁体２０５の内部にある。

この代わりに、円筒状の絶縁体を使用するビア２０９とすることもできる。ここで、この内部は、ビア２０９の電気的導電接続を形成する、中空の円筒状部材、または、電気的絶縁性物質または物質混合物を含むフィラーによって囲まれている。そして、その円筒状部材またはフィラーが電気的絶縁性のスリーブによって囲まれている。絶縁体は内側円筒および外側スリーブによって形成されうる。

図４において、有機発光ダイオード１０２を有する光学的透明基板３０１が示されている。例えば、ＩＴＯのような光学的透明電極３０２が光学的透明基板３０１の表面に直接形成される。そして、機能層３０３の多層構造が続いて形成される。この上には、銅または別の適切な金属からなる所謂上部電極３０４が順に形成される。電気的導電性物質または金属からなるコンタクト領域３０５および３０６は、電極３０２および３０４に設けられる。有機発光ダイオード１０２の光学的透明電極３０２からその隣に配置された上部電極３０４までの電気的導電性接続が、前記コンタクト領域を介してコンタクト部２０７（ここでは示されない）になされる。

最後に挙げる態様については、図５および６においてより明らかになるであろう。本態様では、電気的導電性接着剤３１０が設けられる。図５および６におけるコンタクト領域３０６は、内部に機能層３０３が配置されて光を放射する活性表面領域の外側に、光学的透明電極３０２の対応する構造に応じて配置される。光学的透明電極３０２はこのようにして直接接続される。上部電極３０４は、図６に示されるように、同様に直接電気的にコンタクトされる。電気的に非導電性のパッシベーション３２０が、遮断させるものとして追加的にそこに形成される。そして、電気的導電性接続の遮断（interruption）が導電性接着剤３１０を使用することによってなされる。有機発光ダイオード１０２の光学的活性領域におけるダメージおよび電気的な短絡が、パッシベーション３２０を使用することで回避されうる。

図示されていない実施態様においては、追加的な保護層が、侵入する水分や酸素に対するバリア効果を増加させるための薄膜として、上部電極３０４に形成されうる。

図７は、辺縁領域２０８において従来の封入接着剤４０２を使用した本願発明に係る照明装置に対して、材料連続性を有する接続であって特にガスなどの流体を通さないような接続が、どのようになされているのか追加的に示す図である。点線４０１は、外側を向く部分の分離が封入接着剤４０２の硬化後に起こり、その結果、使用することのできない照明装置の外側の辺縁領域が再び縮小されうることを示している。図７に示された例の残りの構成要素は、上記に述べた例の参照番号のものと対応している。ここでは、回路基板１０１の表面は非三次元構造となっている。

Claims (14)

1. 少なくとも１つの有機発光ダイオードが光学的透明基板において層構造として形成され、前記少なくとも１つの有機発光ダイオードおよび前記光学的透明基板が回路基板に接続され、前記有機発光ダイオードの電極の接続のための電気的なコンタクト部が前記回路基板の表面にある照明装置であって、
   前記有機発光ダイオード（１０２）の方を向いている前記回路基板（１０１）の表面には、その全体の表面上に透過バリアとしての金属コーティング（１０４）が備えられ、前記金属コーティング（１０４）が、前記コンタクト部（２０７）の周囲に形成された電気絶縁体（２０５）によってだけ途切れており、
   前記有機発光ダイオード（１０２）の方を向いている前記回路基板（１０１）の表面および前記金属コーティング（１０４）は、少なくとも前記コンタクト部（２０７）がソケット形状にデザインされ、かつ、前記照明装置の外側の辺縁領域（２０８）が***するように形成された立体表面を形成し、
   少なくとも１つの中空空間（１０５）が前記立体表面で形成されている、
   ことを特徴とする照明装置。
2. 前記コンタクト部（２０７）が、前記回路基板（１０１）の後側に導かれたビア（２０９）に電気的かつ導電的に接続され、前記電気絶縁体（２０５）が、前記ビア（２０９）を囲むスリーブの形状にデザインされていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記金属コーティング（１０４）が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｓｎまたはそれらの合金で形成され、５μｍ〜２５０μｍの範囲の層厚を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
4. 前記金属コーティング（１０４）が、積層形成された複数の層で形成され、特に、前記回路基板（１０１）の表面に形成された銅層と、その上に形成された少なくとも１つの保護層とから形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記回路基板（１０１）および前記光学的透明基板（３０１）が、放射状外側の辺縁領域（２０８）において、材料連続性を有して流体を通さないように、互いに接続されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記少なくとも１つの中空空間（１０５）が、前記金属コーティング（１０４）の表面と前記光学的透明基板（３０１）の間に形成され、その中に配置された誘電性物質および／または吸湿性物質（２０６）で部分的または全体的に充填されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
7. 前記回路基板（１０１）が、繊維強化剤を備えたエポキシ樹脂と繊維強化剤を備えていないエポキシ樹脂とを含む材料で形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の照明装置。
8. ビア（２０９）において、電気絶縁体（２０５）が、誘電性円筒を囲む誘電性の外側スリーブと、前記外側スリーブと前記誘電性円筒の間に配置された中空の円筒状部材またはフィラーとで形成され、前記中空の円筒状部材またはフィラーが前記ビア（２０９）の電気的導電性接続を形成していることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の照明装置。
9. 有機発光ダイオード（１０２）の電極（３０２または３０４）とのコンタクティングのためのコンタクト表面（２２４）が、前記光学的透明基板（３０１）の方を向いているビア（２０９）の端面にあることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の照明装置。
10. ビア（２０９）の端面が前記金属コーティング（１０４）によって直接カバーされ、前記ビア（２０９）が有機発光ダイオード（１０２）の上部電極（３０４）とコンタクトしていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の照明装置。
11. 電気的導電性物質が、ビア（２０９）および／またはコンタクト表面（２２４）に対してスポット形状に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の照明装置。
12. ５μｍ〜１００μｍの範囲の間隔を有するギャップが、前記有機発光ダイオード（１０２）、および／または、前記光学的透明基板（３０１）の方を向くコンタクト部（２０７）の表面、および／または、前記金属コーティング（１０４）の間にあり、当該ギャップが、***するように形成された辺縁領域（２０８）の大きさによって、および／または、材料連続性を有する接続のために前記辺縁領域（２０８）と前記光学的透明基板（３０１）の間に設けられる封入接着剤またははんだの厚みによって、決定されることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の照明装置。
13. 前記有機発光ダイオード（１０２）が、前記照明装置の内部において少なくとも１つの薄膜封入層を備えていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の照明装置。
14. 有機発光ダイオード（１０２）の透明電極（３０２）および上部電極（３０４）のコンタクティングのためのコンタクト領域（３０５および／または３０６）が、前記それぞれの有機発光ダイオード（１０２）の活性表面領域内に配置されることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の照明装置。

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