WO2012084840A1 - Leuchtmittel mit organischer leuchtdiode - Google Patents

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WO2012084840A1
WO2012084840A1 PCT/EP2011/073263 EP2011073263W WO2012084840A1 WO 2012084840 A1 WO2012084840 A1 WO 2012084840A1 EP 2011073263 W EP2011073263 W EP 2011073263W WO 2012084840 A1 WO2012084840 A1 WO 2012084840A1
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WO
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light
substrate
optically active
emitting diode
layer structure
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Application number
PCT/EP2011/073263
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English (en)
French (fr)
Inventor
Horst Rudolph
Sebastian LUDWIG
Original Assignee
Trilux Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
    • H10K50/85—Arrangements for extracting light from the devices
    • H10K50/858—Arrangements for extracting light from the devices comprising refractive means, e.g. lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
    • H10K50/84—Passivation; Containers; Encapsulations
    • H10K50/841—Self-supporting sealing arrangements

Definitions

  • the present invention generally relates to organic light emitting devices (OLEDs).
  • OLEDs organic light emitting devices
  • the invention particularly relates to such bulbs with planar OLED
  • Lighting means are understood to be a device having at least one light source and optionally an optically active structure, such as, for example, a reflector and / or a lens or prism structure.
  • OLEDs as planar semiconductor light sources are known.
  • the OLED layer structure is typically applied to a carrier substrate, usually made of glass, and provided with partially transparent electrical conductors (electrodes).
  • a cover substrate also mostly made of glass, is applied as an outer layer and encloses the actual OLED layer construction in a vacuum-tight manner.
  • Semiconductors made of thin organic material layers are only a few nanometers thin and emit light homogeneously and flatly.
  • OLED can unilaterally radiate into a half-space (so-called. "Non-transparent OLEDs") or both sides, radiate in both separated from the surface of the layer structure of half-spaces. In both cases, the emission is more or less Lambertian ,, ie, non-directional (quasi ideal diffuse).
  • OLEDs are still at the beginning of their development. However, they are expected to make a sustainable contribution to the environment. This is due to their energy efficiency, environmentally friendly materials and low system integration cost.
  • OLEDs are already used industrially for backlighting, for example, of small and medium size displays in mobile phones or household appliances. Illuminants with one or more OLEDs are known accordingly.
  • current OLED lamps are so far only limited.
  • the relatively low light output i.
  • the ratio of applied light to electrical power consumed which includes the EQE (External Quantum Efficiency)
  • EQE Extra Quantum Efficiency
  • OLEDs could certainly be used in luminaires.
  • microfilm which can contain different optics. They serve to improve the luminous efficacy and / or to achieve a certain light distribution curve (LVK).
  • LVK light distribution curve
  • a microfilm with microlenses or microprisms or other micro-optics is mounted on top of the above-mentioned cover substrate.
  • a foil can also be applied to the carrier substrate. So you can ensure an optimal light extraction on both sides.
  • a technical problem on which the present invention is based is therefore that of improving a generic light source with an OLED in such a way that the luminous efficacy is improved without losses caused by foils or light distribution curve is adapted.
  • the emitted light should be modified as efficiently as possible in its emission direction.
  • this object is achieved in that, in a luminous means according to the preamble of claim 1, at least one surface of the substrate forms an optically active structure which causes a specifically directed, ie non-diffuse radiation of the light emission by refraction of light.
  • the main feature thus lies in a design in which the optical structure is represented, ie formed, directly by the surface of an already existing substrate. The fact that one or both of the existing substrates themselves are provided directly with an optical system, unnecessary lossy transition surfaces are completely avoided.
  • the optically active structure comprises prisms, preferably linear prisms, which can be relatively easily incorporated into the substrate.
  • prisms preferably linear prisms
  • a directional emission of the light emission to a specific side can be achieved transversely to the flat expansion plane of the layer structure.
  • the surface may represent an optic which comprises one or more lenses, preferably a plurality of lenses, in order to achieve a focusing of the light.
  • lenses are, for example, formed by spherical or parabolic sections and cause a directed radiation of light emission towards their respective focal point.
  • the inner surface, the outer surface or both may be considered as possible surfaces for representing the optical structure of the cover substrate.
  • the carrier substrate typically requires a flat inner surface, so that preferably only the outer surface forms an optical structure here. Any combination of these three surfaces are possible, resulting in a variety of design options.
  • both the cover substrate and the carrier substrate represent an optically active structure.
  • the cover substrate on the outer surface and on its inner surface can each form an optically active structure, in particular in each case an asymmetric prism structure.
  • the layer structure comprises at least one segmented electrode for adjusting the local intensity of the light emission.
  • the at least one surface of the substrate will represent an optically active structure segmented analogously to the electrode, which realizes regions with differently directed radiation of the light emission. As a result, light can be directed through different optics through targeted switching on / off or by changing the intensity.
  • the proposed bulbs are not exclusively, but especially for use in a lamp, in particular an interior light, and even allow the generation of a desired. non-diffuse light distribution curve, i. independent of and possibly without appropriate optics on the luminaire housing.
  • a corresponding lamp is the subject of the invention.
  • FIG. 1 a schematic cross section of a first luminous means according to the invention with a single-side emitting (nontransparent) OLED; 2 shows a schematic cross section of a second illuminant according to the invention with a single-sided emitting (nontransparent) OLED; 3 shows a schematic cross section of a third illuminant according to the invention with a single-sided emitting (nontransparent) OLED; 4 shows a schematic cross section of a fourth illuminant according to the invention with a (transparent) OLED emitting on both sides; 5 shows a schematic cross section of a fifth illuminant according to the invention with a (transparent) OLED emitting on both sides; FIG.
  • FIG. 6 shows a schematic cross section of a further, sixth illuminant with a (intransparent) OLED emitting on one side, similar to FIG. 2 but with a different optically active structure.
  • FIG. 6 identical or equivalent components of the various embodiments are provided with identical reference numerals for simplicity.
  • FIGS. 1-6 show different embodiments of lighting means 11; 21; 31; 41; 51; 61 in the sense of the invention.
  • OLED organic light-emitting diode 12
  • the OLED 12 typically comprises a layer structure with a plane extending transversely to FIG. 1-6 with at least one emission layer 15 of organic semiconductor material for generating light emission ,
  • OLEDs 12 are known with a single layer of poly (p-phenylene-vinylene) (PPV) which can be used.
  • the OLEDs 12 according to FIGS. 1-6 comprise a meanwhile common multilayered layer structure with the emission layer 15 made of organic semiconductor material and suitable conductor layers 14, 16 for electrical connection or for creating a pn diode junction in the intermediate emission layer 15.
  • the latter is designed in a manner known per se so that 15 light-emitting electron-hole recombination can take place in the emission layer.
  • the structure and mode of action of a single-layer or two-layer (shown) OLED are known per se and in the present case only relevant insofar as OLED 12 for. taken light Lambertian, i. emit diffuse and non-directional.
  • the production of the OLEDs 12 includes a carrier substrate 17; 47, to which the electrodes or layers 14, 15, 16 of the OLED 12 are applied or applied by suitable methods. Furthermore, the OLEDs 12 include a cover substrate 18; 28; 38; 68, which also supports the layers 14, 15, 16 on the carrier substrate 17; 47 opposite side sealed vacuum-tight.
  • a cover substrate 18; 28; 38; 68 which also supports the layers 14, 15, 16 on the carrier substrate 17; 47 opposite side sealed vacuum-tight.
  • at least the cover substrate 18; 28; 38; 68 translucent whereas the carrier substrate 17 can be mirrored.
  • both substrates ie, cover substrate 18; 28; 38; 68 and carrier substrate 47 translucent.
  • rigid glass is used, but there are already suitable flexible materials, especially organic.
  • This causes by refraction a directional radiation of light emission.
  • the goal may be, for example, to generate an asymmetrical light distribution curve (LVK) in order to emit the light of the OLED diagonally. This may be desired, for example, if the lamp or the lamp is not mounted directly on the ' surface to be illuminated.
  • Suitable optical structures are in particular prisms, as shown in FIGS. 1-5, or also lenses, as shown in FIG.
  • the cover substrate 18, 28, 38, 68 can be provided both with internal optical structures 19, as in FIG. 1, or with external optical structures 29, as shown in FIG.
  • the carrier substrate 47 can in principle only form or represent an optical structure 49 on the outside.
  • the optically active structures 19; 29; 49; 69 can be introduced prior to production of the actual OLED 12 in the preparation of the respective substrate. This takes place, for example, by the respective surface of the transparent substrate 18, 28, 38, 68; 17; 47 by abrioldes processing such as, for example, grinding, or already designed by appropriate shapes in the generation of the substrate is already designed. It should be noted in any case that, in contrast to the prior art, additional lossy transitions are avoided by the substrate or substrates themselves already represent the desired appearance. The individual embodiments shown are explained in more detail below.
  • FIG. 1 shows a luminous means 11 with non-transparent OLED 12, in which the carrier substrate 17 has a conventional design.
  • a structure 19 of internal, asymmetric prisms is incorporated in the cover substrate 18; however, a structure 19 of internal, asymmetric prisms is incorporated.
  • the prisms of the structure 19 are linear ie extend transversely to the plane of the drawing, preferably parallel across the width or length of the OLED 12.
  • the cover substrate 18 has not shown flat areas for attachment to the layer structure 14, 15, 16 so, that in the cavity between optically active structure 19 and layer structure 14, 15, 16, a vacuum is maintained.
  • the structure 19 according to FIG. 1 effects, as illustrated by arrows, by light refraction a directed emission of the light emission to one side (left with respect to FIG.
  • the light source 11 is used horizontally or vertically, for example, in a luminaire. Close to the wall or near the ceiling, as a result a targeted room area, for example, a workstation can be illuminated.
  • the luminous means 21 from FIG. 2 differs from FIG. 1 in that the cover substrate 28 in FIG Structure on the outside, ie facing away from the outer layers 14, 16 forms. This embodiment simplifies the manufacture of the OLED 12, but, in contrast to the luminous means 11 of FIG. 1, does not offer any inherent protection of the outer optical structure 29 against mechanical damage.
  • the ' illuminant 31 of FIG.3. essentially represents a combination of the individual optical.
  • the cover substrate 38 according to FIG. 3 thus has an optically active structure 29 on its outer surface remote from the layer structure 14, 15, 16 and an optically active structure 19 on its layer structure 14, FIG. 15, 16 turned out inner surface.
  • 29 can be achieved on the whole a greater refraction at the same angle of the prisms.
  • the carrier substrate 17 can have a conventional structure and, for example, be mirrored to increase the yield.
  • FIG. 4 shows transparent OLEDs 12 with emission and conduction layers 14, 15, 16, and in particular a transparent carrier substrate 47, which are at least predominantly transparent across the surface extent.
  • the carrier substrate 47 itself to be an optical one Structure 49 to bring.
  • the LVK can be designed specifically and as needed to achieve the desired light distribution.
  • FIG. 4 shows a luminous means 41 in which outside in the carrier substrate 47 also linear asymmetric prisms are introduced.
  • the cover substrate 18 corresponds, for example, to that of FIG.
  • FIG. 5 also shows a luminous means 41 in which outer asymmetrical prisms are provided in the carrier substrate 47, but the top substrate 38 corresponds to that of FIG. 3, ie with a two-sided optical structure 19, 29.
  • a directed light direction is possible.
  • the useful optically active structures are not limited to linear asymmetric prisms according to the embodiments of FIGS. 1-5.
  • a bundling of the light can be achieved. This may be desirable if an area under a luminaire is to be illuminated or to reduce the luminous intensity at low angles to unwanted. To reduce or avoid glare effects.
  • asymmetric prisms for example, symmetrical and preferably linear prisms or a multiplicity of isolated pyramidal prisms are suitable for the bundling.
  • one or more lens structures may be provided, which may be formed, for example, by sections having a parabolic or spherical or cylindrical surface.
  • FIG. 6 shows in this respect, by way of example, a further embodiment of a luminous means 61, which basically corresponds in structure to FIG. 1 and differs only by the type of optical structure 69 used.
  • an optical structure 69 is incorporated in the cover substrate 68, which has a plurality of lenses made of spherical surface sections which cause a directed emission of the light emission towards a respective focal point.
  • the cover substrate 68 which has a plurality of lenses made of spherical surface sections which cause a directed emission of the light emission towards a respective focal point.
  • the local intensity can, for example, in a conventional manner by suitable.
  • Matrix structures of the electrical conductors (electrodes) not shown in detail in FIG.16 are controlled for the targeted feeding of regions of the emission layer. By segmenting the luminous surfaces of the OLED 12 thus individual segments can be switched on or off or dimmed.
  • a transparent and non-transparent OLED 12 it has hitherto not been possible to change the light distribution in a targeted manner from Lambertian to, for example, asymmetric, or asymmetrically to one side, asymmetrically to the other side, in order to reduce the likelihood of the same luminous means 11; 21; 31; 41; 51; 61 individually adapted to your needs.
  • optically active structure 19 In connection with appropriately segmented optical structures, e.g. a combination of sections optically active structure 19 according to FIG.l and their horizontal mirror image (not shown), can be achieved in a simple way a dynamic adjustment of the LVK of a lamp in operation. For example, referring to FIG. from light extraction to the left side (as shown in FIG. 1) to light extraction to the right side (not shown). For this purpose, only one is optically active structure 19 segmented analogous to the electrode; 29; 49; 69 is required, which has corresponding areas with differently directed light emission. Thus, a desired dynamic adaptability of the LVK can be realized efficiently.
  • the proposed bulbs significantly increase the applicability of OLEDs in the field of the lighting industry, especially for interior lighting, since now an efficient light source with an inherent, needs customizable LVK is available.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Leuchtmittel (11; 21; 31; 41; 51; 61) mit OLED (12), welche einen flächigen Schichtaufbau (14, 15, 16) mit mindestens einer Emissionsschicht (15) aus organischem Halbleiter-Material zur Erzeugung von Lichtemission aufweisen, und mindestens ein Substrat, insbesondere ein Decksubstrat (18; 28; 38; 68) und/oder ein Trägersubstrat (17; 47), aus lichtdurchlässigem Material umfassen. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, dass mindestens eine Oberfläche des Substrats unmittelbar eine. optisch wirksame Struktur (19; 29; 49; 69) ausbildet, welche durch Lichtbrechung eine gerichtete Abstrahlung der Lichtemission bewirkt.

Description

LEUCHTMITTEL MIT ORGANISCHER LEUCHTDIODE
TECHNISCHES GEBIET Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Leuchtmittel mit organischer Leuchtdiode (kurz: OLED). Die Erfindung betrifft insbesondere solche Leuchtmittel mit flächigem OLED
Schichtaufbau mit mindestens einer Emissionsschicht aus organischem Halbleiter-Material zur Erzeugung von Lichtemission und mit mindestens einem Substrat, insbesondere ein Decksubstrat und/oder ein Trägersubstrat , aus lichtdurchlässigem Material,- welches den flächigen Schichtaufbau einseitig versiegelt. Unter Leuchtmittel wird vorliegend eine Vorrichtung mit mindestens einer Lichtquelle sowie ggf. einer optisch wirksamen Struktur, wie bspw. einem Reflektor und/oder einer Linsen- oder Prismen-Struktur verstanden. STAND DER TECHNIK
OLEDs als flächige Halbleiter-Lichtquellen sind bekannt. Der OLED Schichtaufbau wird typisch auf ein Trägersubstrat, meistens aus Glas, appliziert und mit zum Teil transparenten elektrischen Leitern (Elektroden) versehen. Ein Decksubstrat, auch meistens aus Glas, wird als äußere Schicht angebracht und schließt den eigentlichen OLED Schichtaufbau vakuumdicht ein. Halbleiter aus dünnen organischen Materialschichten sind nur wenige Nanometer dünn und emittieren Licht homogen und flächig. OLED können einseitig in einen Halbraum abstrahlen (sog. „intransparente OLEDs") oder beidseitig, in beide von der Fläche des Schichtaufbaus getrennte Halbräume abstrahlen. In beiden Fällen ist die Abstrahlung mehr oder weniger lambertisch,, d.h. ungerichtet (quasi ideal diffus) .
OLEDs befinden sich noch am Anfang ihrer Entwicklung. Sie werden jedoch voraussichtlich einen nachhaltigen Beitrag für die Umwelt leisten. Dies aufgrund ihrer Energieeffizienz, den umweltfreundlichen Materialien und dem geringem Aufwand bei derSystemintegration.
Gegenwärtig werden OLEDs bereits industriell eingesetzt zur Hintergrundbeleuchtung bspw. von kleinen und mittelgroßen Displays in Mobiltelefonen oder Haushaltsgeräten. Leuchtmittel mit einer oder mehreren OLEDs sind dementsprechend bekannt. Für die Beleuchtungsindustrie eignen sich gegenwärtige OLED Leuchtmittel jedoch bisher nur bedingt. Neben den Kosten stehen momentan insbesondere die verhältnismäßig noch geringe Lichtausbeute, d.h. Verhältnis von ausgebrachtem Licht zu aufgewendeter elektrischer Leistung, darin enthalten die EQE (External Quantum Efficiency) genannt, sowie die noch recht begrenzte Lebensdauer der wirtschaftlichen Anwendung in der Beleuchtungsindustrie entgegen. Dies gilt insbesondere für großflächige Anwendungen. OLED könnten allerdings durchaus in Leuchten eingesetzt werden. So ist es denkbar bspw. in Innenraum-Leuchten Leuchtmittel mit OLED einzusetzen.
Es ist inzwischen bekannt, zur Verbesserung der Lichtausbeute optische Folien zu verwenden, bspw. um der inhärent lambertischen Abstrahlung entgegen zu wirken. Es handelt sich um Mikrofolien, die verschiedene Optiken enthalten können. Sie dienen dazu, die Lichtausbeute zu verbessern und/oder eine gewisse Lichtverteilungskurve (LVK) zu erzielen. Hierzu wird eine solche Mikrofolie mit Mikrolinsen oder Mikroprismen oder anderen Mikro-Optiken auf der Oberseite des eingangs genannten Decksubstrats angebracht. Bei durchgehend transparenten OLED welche beidseitig Licht emittieren, kann auch auf das Trägersubstrat ein solche Folie aufgebracht werden. So kann man beidseitig eine optimale Lichtauskopplung gewährleisten.
Derartige aufgebrachte Folien reduzieren jedoch offensichtlich die optische Effizienz, da sie weitere Übergangsflächen bilden (Decksubstrat/Folie oder Trägersubstrat/Folie) , an denen unweigerlich mit Verlusten behaftete Lichtbrechung resultiert. Ferner absorbieren die Folien einen Teil des nutzbaren Lichts.
TECHNISCHES PROBLEM / AUFGABE
Ein technisches Problem, welches der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt ist somit darin zu sehen, ein gattungsgemäßes Leuchtmittel mit einer OLED dahingehend zu verbessern, dass die Lichtausbeute ohne durch Folien bedingte Verluste verbessert bzw. Lichtverteilungskurve angepasst wird. Mit anderen Worten, es soll das emittierte Licht in seiner Abstrahlrichtung möglichst effizient modifiziert werden.
ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass in einem Leuchtmittel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mindestens eine Oberfläche des Substrats eine optisch wirksame Struktur ausbildet, welche durch Lichtbrechung eine gezielt gerichtete d.h. nicht diffuse Abstrahlung der Lichtemission bewirkt. Das Hauptmerkmal liegt somit in einer Gestaltung, bei welcher die optische Struktur unmittelbar durch die Oberfläche eines ohnehin bereits vorhandenen Substrats dargestellt d.h. ausgebildet wird. Dadurch, dass eines oder beide der vorhandenen Substrate selbst direkt mit einer Optik versehen sind, werden unnötige verlustbehaftete Übergangsflächen gänzlich vermieden.
In einer möglichen Ausführung umfasst die optisch wirksame Struktur Prismen, vorzugsweise lineare Prismen, welche sich verhältnismäßig leicht in das Substrat einbringen lassen. In diesem Fall wird eine Vielzahl asymmetrischer Prismen, vorzugsweise paralleler linearer Prismen, bevorzugt. Hierdurch kann jeweils durch gleich gerichtete Lichtbrechung eine gerichtete Absrtrahlung der Lichtemission zu einer bestimmten- Seite hin quer zur flächigen Ausdehnungsebene des Schichtaufbaus erzielt werden.
Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann die Oberfläche eine Optik darstellen welche eine oder mehrere Linsen umfasst, vorzugsweise eine Vielzahl Linsen, um eine Bündelung des Lichts zu erzielen. Solche Linsen werden bspw. durch kugelförmige oder parabelförmige Abschnitte ausgebildet und bewirken eine, gerichtete Abstrahlung der Lichtemission hin zu ihrem- jeweiligen Fokalpunkt.
Als mögliche Flächen zur Darstellung der optischen Struktur kommen beim Decksubstrat je nach Anforderung die Innen- Oberfläche, die Außen-Oberflache oder beide in Betracht. Beim Trägersubstrat wird jedoch typischerweise eine ebene Innen- Oberfläche benötigt, so dass hier bevorzugt nur die Außen- Oberfläche eine optische Struktur ausbildet. Es sind beliebige Kombinationen dieser drei Flächen möglich, so dass sich eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten ergeben. Bei einer beidseitig emittierenden OLED, d.h. wenn der Schichtaufbau zumindest abschnittsweise durchgehend transparent ausgeführt ist, wird bevorzugt, dass sowohl das Decksubstrat als auch das Trägersubstrat eine optisch wirksame Struktur darstellen. Zur Verstärkung der Umlenkung kann das Decksubstrat an der äußeren Oberfläche sowie an seiner inneren Oberfläche jeweils eine optisch wirksame Struktur, insbesondere jeweils eine asymmetrische Prismen-Struktur, bilden.
Um eine dynamische Anpassung der LVK zu ermöglichen, wird eine Ausführung bevorzugt, in welcher der Schichtaufbau mindestens eine segmentierte Elektrode umfasst zur Einstellung der örtlichen Intensität der Lichtemission. Entsprechend wird die mindestens eine Oberfläche des Substrats eine analog zur Elektrode segmentierte optisch wirksame Struktur darstellen, welche Bereiche mit unterschiedlich gerichteter Abstrahlung der Lichtemission realisiert. Hierdurch kann durch gezieltes an- /abschalten bzw. durch Intensitätsveränderung Licht nach Bedarf durch unterschiedliche Optiken geleitet werden.
Die vorgeschlagenen Leuchtmittel eignen sich nicht ausschließlich, aber insbesondere auch zur Verwendung in einer Leuchte, insbesondere einer Innenraumleuchte, und ermöglichen selbst die Erzeugung einer gewünschten . nicht-diffusen Lichtverteilungskurve, d.h. unabhängig von und ggf. ohne entsprechende Optik am Leuchtengehäuse. Auch eine entsprechende Leuchte ist Gegenstand der Erfindung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Einzelheiten bzw. Vorteile der Erfindung werden anhand der beispielhaften und nicht einschränkenden Ausführungsformen gemäß der Zeichnungen erläutert. Diese zeigen: Fig.l: einen schematischen Querschnitt eines ersten erfindungsgemäßen Leuchtmittels mit einer einseitig emittierenden (intransparenten) OLED; Fig. 2: einen schematischen Querschnitt eines zweiten erfindungsgemäßen Leuchtmittels mit einer einseitig emittierenden (intransparenten) OLED; Fig. 3: einen schematischen Querschnitt eines dritten erfindungsgemäßen Leuchtmittels mit einer einseitig emittierenden (intransparenten) OLED; Fig. 4: einen schematischen Querschnitt eines vierten erfindungsgemäßen Leuchtmittels mit einer beidseitig emittierenden (transparenten) OLED; Fig. 5: einen schematischen Querschnitt eines fünften erfindungsgemäßen Leuchtmittels mit einer beidseitig emittierenden (transparenten) OLED; Fig. 6: einen schematischen Querschnitt eines weiteren, sechsten Leuchtmittels mit einer einseitig emittierenden (intransparenten) OLED, ähnlich Fig.2 jedoch mit einer anderen optisch wirksamen Struktur. In den Figuren sind identische oder äquivalente Bestandteile der verschiedenen Ausführungen zur Vereinfachung mit identischen Bezugszeichen versehen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG ANHAND DER ZEICHUNGEN
FIG.1-6 zeigen verschiedenen Ausführungsformen von Leuchtmitteln 11; 21; 31; 41; 51; 61 im Sinne der Erfindung.
Diese umfassen jeweils eine organische Leuchtdiode 12 (kurz OLED) an sich bekannter Art. Die OLED 12 umfasst typisch [ einen flächig in einer Ebene quer zu FIG.1-6 ausgedehnten Schichtaufbau mit mindestens einer Emissionsschicht 15 aus organischem Halbleiter-Material zur Erzeugung von Lichtemission. So sind bspw. OLED 12 mit einer einzigen Schicht aus Poly (p-Phenylen-Vinylen) (PPV) bekannt, welche verwendet werden können. Die OLED 12 nach FIG.1-6 umfassen jedoch einen inzwischen gängigen mehrschichtigen Schichtaufbau mit der Emissionsschicht 15 aus organischem Halbleiter-Material und geeigneten Leitungsschichten 14, 16 zum elektrischen Ahschluss bzw. zur Schaffung eines pn-Diodenübergangs in der dazwischenliegenden Emissionsschicht 15. Letztere ist in an sich bekannter so Art gestaltet, dass in der Emissionsschicht 15 lichtemittierende Elektronen-Loch-Rekombination stattfinden kann. Der Aufbau und die Wirkweise einer einschichtigen oder zweischichtigen (gezeigt) OLED sind an sich bekannt und vorliegend lediglich insofern relevant, dass OLED 12 für. sich genommen Licht lambertisch, d.h. diffus und ungerichtet emittieren.
Die OLEDs 12 umfassen herstellungsbedingt ein Trägersubstrat 17; 47, auf welches die Elektroden bzw. Schichten 14, 15, 16 der OLED 12 mit geeigneten Verfahren aufgetragen bzw. aufgebracht werden. Ferner umfassen die OLED 12 ein Decksubstrat 18; 28; 38; 68, welches die Schichten 14, 15, 16 auch auf der dem Trägersubstrat 17; 47 gegenüberliegenden Seite vakuumdicht versiegelt. Bei einer einseitig emittierenden, sog. intransparenten OLED 12 gemäß den in den FIG. 1-3 & FIG.6 dargestellten Ausführungsformen ist zumindest das Decksubstrat 18; 28; 38; 68 lichtdurchlässig wohingegen das Trägersubstrat 17 verspiegelt sein kann. Bei einer beidseitig emittierenden sog. transparenten OLED 12 nach FIG.4-5 sind beide Substrate, d.h. Decksubstrat 18; 28; 38; 68 und Trägersubstrat 47 lichtdurchlässig. Zur Steigerung der Lebensdauer der verhältnismäßig empfindlichen Schichten, insbesondere der Emissionsschicht 15, sind Trägersubstrat 17; 47 und Decksubstrat 18; 28; 38; 68 aus einem Material, welches den Schichtaufbau 14, 15, 16 gegen' : schädliche Einwirkung, insbesondere durch Sauerstoff und/oder Wasser schützt. Momentan wird meist starres Glas eingesetzt, jedoch gibt es auch bereits geeignete flexible Materialien, insbesondere organische.
Um eine gewünschte Lichtlenkung bei möglichst geringen Verlusten zu erreichen, ist nun erfindungsgemäß und wie aus FIG.1-6 ersichtlich, mindestens · . eine Oberfläche des Decksubstrats 18; 28; 38; 68, des Trägersubstrats 47 oder beider so ausgebildet, dass das jeweiligen Substrat selbst eine geeignete optisch wirksame Struktur 19; 29; 49; 69 ausbildet bzw. darstellt. Diese bewirkt durch Lichtbrechung eine gerichtete Abstrahlung der Lichtemission. Ziel kann es beispielsweise sein, eine asymmetrische Lichtverteilungskurve (LVK) zu erzeugen, um das Licht der OLED diagonal abzustrahlen. Dieses kann z.B. gewünscht sein, wenn das Leuchtmittel bzw. die Leuchte nicht direkt über der 'zu beleuchtenden Fläche angebracht ist. Geeignete optische Strukturen sind insbesondere Prismen, wie in FIG.1-5 gezeigt, oder auch Linsen, wie in FIG.6 gezeigt. Das Decksubstrat 18, 28, 38, 68 kann sowohl mit innen liegenden optischen Strukturen 19, wie in FIG.1, oder mit außen liegenden optischen Strukturen 29, wie in FIG.2 versehen werden. Das Trägersubstrat 47 hingegen kann, da aus herstellungsbedingten Gründen eine Ebene Oberfläche zum Aufbringen der Schichten 14, 15, 16 erforderlich ist, prinzipiell nur Außen eine optische Struktur 49 ausbilden bzw. darstellen. Die optisch wirksamen Strukturen 19; 29; 49; 69 können bereits vor Herstellung der eigentlichen OLED 12 bei der Anfertigung des jeweiligen Substrats eingebracht werden. Dieses erfolgt bspw. indem die jeweilige Oberfläche des lichtdurchlässigen Substrats 18, 28, 38, 68; 17; 47 durch abhebendes Bearbeiten wie bspw. Schleifen, oder bereits eingangs durch entsprechendes Formen bei der Erzeugung des Substrats geeignet gestaltet wird. Zu beachten ist jedenfalls, dass, im Gegensatz zum Stand der Technik, zusätzliche verlustbehaftete Übergänge vermieden werden, indem das oder die Substrate selbst bereits die gewünschte Optik darstellen. Nachfolgend werden die einzelnen gezeigten Ausführungen näher erläutert.
FIG.l zeigt eine Leuchtmittel 11 mit intransparenter OLED 12, in welcher das Trägersubstrat 17 herkömmliche Bauart hat. In das Decksubstrat 18; hingegen ist eine Struktur 19 aus innen liegenden, asymmetrischen Prismen eingebracht. Die Prismen der Struktur 19 sind linear d.h. erstrecken sich quer zur Zeichnungsebene, vorzugsweise parallel über die Breite oder Länge der OLED 12. Neben der Struktur 19 weist das Decksubstrat 18 noch nicht gezeigte flache Bereiche auf zur Befestigung am Schichtaufbau 14, 15, 16 so, dass im Hohlraum zwischen optisch wirkender Struktur 19 und Schichtaufbau 14, 15, 16 ein Vakuum gehalten wird. Die Struktur 19 nach FIG.l bewirkt, wie anhand von Pfeilen veranschaulicht, durch Lichtbrechung eine gerichtete Abstrahlung der Lichtemission zu einer Seite (links bzgl. FIG.l) hin und quer bzw. schräg zur flächigen Ausdehnungsebene des Schichtaufbaus 14, 15, 16. So kann bspw. eine im Wesentlichen gleich gerichtete Abstrahlung der Lichtemission erzielt werden. Eine derartige Ausführung eignet sich besonders, wenn das Leuchtmittel 11 in einer Leuchte horizontal oder vertikal bspw. wand- oder deckennah eingesetzt wird, da hierdurch ein gezielter Raumbereich bspw. ein Arbeitsplatz beleuchtet werden kann. Das Leuchtmittel 21 aus FIG.2 unterscheidet sich von FIG.l dadurch, dass das Decksubstrat 28 in FIG.2 eine optische Struktur außen, d.h. von den äußeren Schichten 14, 16 abgewandt ausbildet. Diese Ausführung vereinfacht der Herstellung der OLED 12, bietet jedoch im Gegensatz zum Leuchtmittel 11 aus FIG.l keinen inhärenten Schutz der außen liegenden optischen Struktur 29 gegen mechanische Beschädigung.
Das' Leuchtmittel 31 nach FIG.3. stellt im Wesentlichen eine Kombination der einzelnen optischen. Strukturen 19, 29 nach FIG.1-2 dar. Das Decksubstrat 38 nach FIG.3 hat somit eine optisch wirksame Struktur 29 an seiner vom Schichtaufbau 14, 15, 16 abgewandten äußeren Oberfläche und eine optisch wirksame Struktur 19 an seiner zum Schichtaufbau 14, 15, 16 hin gewandten inneren Oberfläche. Bei der gezeigten Verwendung von gleich gerichtet wirkenden asymmetrischen Prismen in den Strukturen 19, 29 kann insgesamt eine stärkere Brechung bei gleichem Winkel der Prismen erzielt werden.
Bei den in FIG.1-3 gezeigten intransparenten OLED 12 kann das Trägersubstrat 17 herkömmlichen Aufbau aufweisen und bspw. zur Erhöhung der Ausbeute verspiegelt sein. FIG.4-5 hingegen zeigen transparente OLED 12 mit quer zur Flächenausdehnung zumindest überwiegend durchgehend transparenten Emissions- und Leitungsschichten 14, 15, 16 und insbesondere einem, lichtdurchlässigem Trägersubstrat 47. In dieser Ausgestaltung ist es vorteilhaft auch im Trägersubstrat 47 selbst wie gezeigt eine optische Struktur 49 einzubringen. Somit kann auf beiden Seiten der flächigen OLED 12 die LVK gezielt und bedarfsgerecht zur Erzielung der gewünschten Lichtverteilung gestaltet werden. FIG.4 zeigt hierbei ein Leuchtmittel 41 in welchem Außen im Trägersubstrat 47 ebenfalls lineare asymmetrische Prismen eingebracht sind. Das Decksubstrat 18 entspricht bspw. dem aus FIG.l. Neben der gezeigten gegengerichteten Lichtlenkung nach links am Decksubstrat 18 und nach rechts am Trägersubstrat 47, ist natürlich auch eine gleich gerichtete Lenkung möglich. Auch FIG.5 zeigt ein Leuchtmittel 41 in welchem Außen im Trägersubstrat 47 lineare asymmetrische Prismen vorgesehen sind, das Decksubstrat 38 jedoch jenem aus FIG.3, d.h. mit beidseitiger optischer Struktur 19, 29 entspricht. Auch hier ist, alternativ zur gezeigten, eine gegengerichteten Lichtlenkung möglich.
Neben den gezeigten Kombinationen sind selbstredend auch andere Kombinationen im Sinne der Erfindung möglich. Insbesondere sind die verwendbaren optisch wirksamen Strukturen nicht auf lineare asymmetrische Prismen gemäß den Ausführungsforinen in den FIG.l- 5 beschränkt.
Neben den oben beschriebenen Ausführungen mit Lichtumlenkung gezielt zu einer Seite hin, kann erfindungsgemäß bspw. auch eine Bündelung des Lichts erzielt werden. Diese kann gewünscht sein, wenn eine unter einer Leuchte befindlicher Bereich beleuchtet werden soll oder zur Reduzierung der Lichtstärke bei flachen Abstrahlwinkeln um unerwünschte . Blend-Effekte zu verringern oder vermeiden. Im Gegensatz zu den obigen Strukturen 19, 29, 49 mit asymmetrischen Prismen, sind zur Bündelung bspw. symmetrische und vorzugsweise lineare Prismen oder eine Vielzahl vereinzelter pyramidenförmiger Prismen geeignet. Auch können eine oder mehrere Linsen-Strukturen vorgesehen werden, die bspw. durch Abschnitte mit parabelförmiger oder kugelförmiger oder zylindrischer Oberfläche gebildet werden können.
FIG.6 zeigt diesbezüglich beispielhaft eine weitere Ausführung eines Leuchtmittels 61, welches im Aufbau grundsätzlich FIG.1 entspricht und sich lediglich durch den Typ der verwendeten optischen Struktur 69 unterscheidet. In FIG.6 ist in das Decksubstrat 68 eine optische Struktur 69 eingebracht, die eine Vielzahl Linsen aus kugelförmigen Oberflächen-Abschnitten hat, welche eine gerichtete Abstrahlung der Lichtemission hin zu einem jeweiligen Fokalpunkt bewirken. Alternativ wäre auch die konvexe Krümmung der gesamten Oberfläche um einen einzigen Mittelpunkt, d.h. eine einzige große Linse als optische Struktur ist möglich. Die örtliche Intensität kann bspw. in an sich bekannter Weise durch geeignete . Matrixstrukturen der in FIG.1-6 nicht näher gezeigten elektrischen Leiter (Elektroden) zur gezielten Speisung von Bereichen der Emissionsschicht gesteuert werden. Durch Segmentierung der leuchtenden Flächen der OLED 12 können somit einzelne Segmente ein- oder ausgeschaltet oder gedimmt werden. Bei einem transparenten und intransparenten OLED 12 war es bisher nicht möglich, die Lichtverteilung gezielt von lambertisch auf z.B. asymmetrisch, oder von asymmetrisch zur einen Seite in asymmetrisch zur anderen Seite hin zu ändern, um hierdurch die LVK des selben Leuchtmittels 11; 21; 31; 41; 51; 61 individuell nach Bedarf anzupassen.
In Verbindung mit analog zu den Elektroden geeignet segmentierten optischen Strukturen, z.B. eine Kombination aus Abschnitten optisch wirksamer Struktur 19 gemäß FIG.l und deren horizontales Spiegelbild (nicht gezeigt) , kann auf einfache Art eine dynamische Anpassung der LVK einer Leuchte im Betrieb erzielt werden. So kann mit Bezug auf FIG.l z.B. von Lichtauskopplung zur linken Seite (wie in FIG.l gezeigt) auf Lichtauskopplung zur rechten Seite (nicht gezeigt) umgestellt werden. Hierzu ist lediglich eine analog zur Elektrode segmentierte optisch wirksame Struktur 19; 29; 49; 69 erforderlich, welche entsprechende Bereiche mit unterschiedlich gerichteter Lichtemission aufweist. So kann auch effizient eine gewünschte dynamische Anpassungsfähigkeit der LVK realisiert werden .
Die vorgeschlagenen Leuchtmittel erhöhen deutlich die Anwendbarkeit von OLED im Bereich der Leuchtenindustrie, insbesondere für Innenraumleuchten, da nun ein effizientes Leuchtmittel mit einer inhärenten, bedarfsgerecht gestaltbaren LVK zur Verfügung steht.
Bezugszeichenliste 11; 21; 31; 41; 51; 61 Leuchtmittel
12 OLED
14 Leitungsschicht
15 Emissionsschicht
16 Leitungsschicht {engl, electron transport layer, ETL) 17, 47 Trägersubstrat
18; 28; 38; 68 Decksubstrat
19; 29; 49; 69 optisch wirksame Struktur

Claims

LEUCHTMITTEL MIT ORGANISCHER LEUCHTDIODE
Patentansprüche 1. Leuchtmittel (11; 21; 31; 41; 51; 61) mit organischer Leuchtdiode (12) umfassend:
einen flächigen Schichtaufbau (14, 15, 16) mit
mindestens einer Emissionsschicht (15) aus organischem Halbleiter-Material zur Erzeugung von Lichtemission; mindestens ein Substrat, insbesondere ein Decksubstrat (18; 28; 38; 68) und/oder ein Trägersubstrat (17; 47), aus lichtdurchlässigem Material, welches den flächigen Schichtaufbau einseitig versiegelt,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine Oberfläche des Substrats eine optisch wirksame Struktur (19; 29; 49; 69) ausbildet, welche durch Lichtbrechung eine gerichtete Abstrahlung der Lichtemission bewirkt.
2. Leuchtmittel mit organischer Leuchtdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eine optisch wirksame Struktur (19; 29; 49) ausbildet welche Prismen umfasst, insbesondere lineare Prismen.
3. Leuchtmittel mit organischer. Leuchtdiode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksame Struktur (19; 29; 49) eine Vielzahl asymmetrischer Prismen, vorzugsweise paralleler linearer Prismen, umfasst, welche jeweils durch Lichtbrechung eine gerichtete Abstrahlung der Lichtemission zu einer Seite hin quer zur flächigen Ausdehnungsebene des
Schichtaufbaus (14, 15, 16) bewirken.
4. Leuchtmittel mit organischer Leuchtdiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eine optisch wirksame Struktur (69) ausbildet, welche mindestens eine Linse umfasst, insbesondere eine
Vielzahl Linsen, vorzugsweise durch kugelförmige oder parabelförmige Abschnitte ausgebildete Linsen, welche eine gerichtete Abstrahlung der Lichtemission hin zu einem jeweiligen Fokalpunkt bewirkt bzw. bewirken.
5. Leuchtmittel mit organischer Leuchtdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau (14, 15, 16) auf der einen Seite durch ein Trägersubstrat (17; 47) und auf der
gegenüberliegenden Seite durch ein Decksubstrat (18;
28; 38; 68) versiegelt ist, und
das Decksubstrat (28; 38; 68) an seiner vom
Schichtaufbau abgewandten äußeren Oberfläche eine optisch wirksame Struktur ausbildet; und/oder das Decksubstrat (18; 38) an seiner zum Schichtaufbau gerichteten inneren Oberfläche eine optisch wirksame Struktur ausbildet; und/oder
das Trägersubstrat (47) an seiner vom Schichtaufbau abgewandten äußeren Oberfläche eine optisch wirksame Struktur ausbildet.
6. Leuchtmittel mit organischer Leuchtdiode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau zumindest abschnittsweise durchgehend transparent ausgeführt ist und sowohl das Decksubstrat (38) als auch Trägersubstrat (47) eine optisch wirksame Struktur (19, 29, 49) darstellen.
7. Leuchtmittel mit organischer Leuchtdiode nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Decksubstrat (38) an seiner vom Schichtaufbau abgewandten äußeren Oberfläche sowie an seiner zum Schichtaufbau
gerichteten inneren Oberfläche jeweils eine optisch wirksame Struktur, insbesondere jeweils eine
asymmetrische Prismen-Struktur (19, 29), darstellt.
8. Leuchtmittel mit organischer Leuchtdiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schichtaufbau mindestens eine segmentierte Elektrode umfasst zur
Veränderung der örtlichen Intensität der Lichtemission dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine
Oberfläche des Substrats (17; 18; 28; 38; 68; 47) eine analog zur Elektrode segmentierte optisch wirksame
Struktur darstellt, welche Bereiche mit unterschiedlich gerichteter Abstrahlung der Lichtemission aufweist.
9. Leuchte, insbesondere Innenraumleuchte, umfassend ein Leuchtengehäuse sowie mindestens ein Leuchtmittel mit organischer Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Verwendung eines Leuchtmittels mit organischer Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Leuchte, insbesondere einer Innenraumleuchte, zur Erzeugung einer gewünschten nicht-diffusen Lichtverteilungskurve.
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