CN100565906C - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
一种具有形成在衬底(2)上的发光结构(4)的照明装置，包括在第一(41)和第二电极(43)之间的至少一个电致发光层(42)，其发射穿过衬底(2)的光，该衬底包括发射散射光(31)的至少第一衬底区域(21)和发射定向光(32)的至少第二衬底区域(22)。
Description
本发明涉及具有电致发光层和设置以同时发射散射光和定向光的衬底的照明装置。
电致发光装置，通常称为发光二极管(LED)，是便宜的细光源(thinlight source)。特别是有机LED(OLED)非常适于大面积照明。LED可以广泛地用于普通照明、信号、汽车照明和显示器背光。OLED通常包括设置在通常为阴极的反射电极和通常为阳极的形成在透明衬底上的透明电极之间的一个或多个发光有机层。当在电极之间施加电压时，发光有机层发光。通常OLED发射的散射光对某些应用例如办公照明是方便的，但是对聚光照明、探照灯或台灯是不利的。
现有传统的探照灯或聚光灯在小通用光源附近设置弯曲反射镜和/或透镜以引导光。这些反射镜和透镜很贵，可能很重并且相当占地方。文献US2004/0042198公开了一种可能用作定向光源的有机发光装置，包括位于有机LED衬底上以用于把透射光会聚到所希望方向的透镜阵列(lenslet array)。
然而，没有光源能同时发射散射光和定向光，例如不存在具有同时照明房间和桌面的单个光源的集成照明装置。
本发明的目的是为照明装置提供设置以同时发射散射光和定向光的单一光源。
本发明的目的可以通过具有形成在衬底上的发光层结构的照明装置实现，该发光层结构包括在第一和第二电极之间以穿过衬底发射光的至少一个电致发光层，该衬底包括发射散射光的第一衬底区域和发射定向光的第二衬底区域。对于具有透明衬底的散射光源，定向光表示光传播方向与朗伯分布(lambert distribution)完全不同的光。例如，定向光是在具有焦距的光内部的光，具有平行光传播方向的光或稍微分散的光。某些应用需要简单、便宜和细光源并且具有多功能性以便于自由设计，例如汽车内部照明或家庭照明。电致发光层结构是细光源，其中散射光发射区域和定向光发射区域能够集成在薄的单一光源中，并且第二衬底区域具有良好的光聚焦(光束形成)性能，第一衬底区域发射的散射光具有良好室内照明性能。
在优选实施例中，电致发光层是有机电致发光层，因为有机LED价格便宜且为弹性大面积光源，能够给人们很大的设计自由以把照明装置应用到不同领域中。
如果第二衬底区域包括至少一个光准直结构，则是有利的。光准直结构会把散射光转换成定向光，其中通过选择适当的光准直结构尺寸，可以使定向光的性能适用于不同的应用。
如果光准直结构是周期性结构以在整个第二衬底区域上得到限定的光投影性能，也是有利的。
如果光准直结构在光发射的相反方向上具有与电致发光层和光准直结构间距离相等的第一焦距，是尤为有利的。在电致发光层设置在光准直结构焦距距离处的情况下，光源具有良好的光发射特性。
如果光准直结构在光发射方向上具有至少10cm的第二焦距，优选为至少20cm，特别优选为30cm，则是更加有利的。在不同应用需要情况下，第二焦距在第二焦距周围距离处提供明亮的光强，例如用于阅读目的或物体如图片或雕塑的聚光灯照明。
如果光准直结构包括光准直结构玻璃例如透镜、棱镜、菲涅耳透镜和抛物面(parabolic)光准直器的其中至少一个，则是尤为有利的。这些结构具有适用于多种应用的投射性质。这里的抛物面光准直器为三维抛物面状镜面部分，其中一个抛物面状镜面侧面的焦点位于相对抛物面状镜面侧面上，反之亦然。抛物面光准直器可以由材料如塑料或玻璃填充。菲涅耳透镜是具有圆形或其它形状的传统透镜的折叠版(collapsedversion)。例如，圆形菲涅耳透镜包括多个同心环。
如果光准直结构包括抛物面光准直器，并且面对发光层结构的衬底表面提供在抛物面光准直器之间的反射区域，则是更有利的。这里，散射光不会穿过抛物面光准直器之间的衬底区域离开第二衬底区域。在经历一些反射后，散射光会被反射回反射电极，并且有可能进入抛物面光准直器。
如果第二衬底区域包括抛物面光准直器，并且在抛物面光准直器顶上的光发射方向具有菲涅耳透镜，则照明装置是更加有优势的。抛物面光准直器提供进入菲涅耳透镜的准直光以得到具有可调节焦距的良好聚焦的光。
在优选实施例中，为了分别调节第一和第二衬底区域的发射光，结构化所述电极的至少一个。通过结构化的电极，有可能向穿过第一和第二衬底区域发射的电致发光层施加不同的驱动电压以分别调节室内照明和定向(聚光)照明。
在更优选的实施例中，设置电致发光层以通过第一衬底区的发射第一光谱范围的光，和通过第二衬底区的发射不同于第一光谱范围的第二光谱范围光。
参考附图中示出的示例，将进一步描述本发明，然而，本发明不限于此。
图1：本发明照明装置的顶视图，
图2：沿着图1示出的线A-B的本发明照明装置的截面图；
图3：本发明照明装置的侧视图；
图4：包括棱镜阵列的本发明照明装置沿图1中示出的线A-B的截面图；
图5：包括集中透镜阵列的本发明照明装置沿着图1示出的线A-B的截面图；
图6：包括抛物面光准直阵列的本发明照明装置沿着图1示出的线A-B的截面图；
图7：包括抛物面光准直器阵列和菲涅耳透镜的本发明照明装置沿着图1示出的线A-B的截面图。
图1示出了本发明的照明装置的衬底2的顶视图，该衬底包括第一衬底区域21，用于发射散射光，如同是在衬底(图1中未示出)下的发光层结构4中所产生。衬底2由透明材料构成，通常为玻璃或塑料材料如PMMA或PET。在衬底-空气界面的顶面可以是平坦的，或具有提高光输出耦合的结构，例如具有一定粗糙度的表面结构，或其它光输出耦合结构。可选择地，用于提高光输出耦合的结构可以是附加层，典型地为层叠在平坦顶面上的塑料层。
本发明(见图1)照明装置的衬底2包括至少一个把来自发光结构4的散射光转换成定向光的第二衬底区域22。第二衬底区域的形状取决于应用的环境，其可以是长方形、圆形、椭圆或任何其它形状。第二衬底区域的数量和第一与第二衬底区域之间的比率也取决于应用的需要。例如，具有附加阅读功能的用于汽车内部照明的照明装置包括几十平方厘米的较大的第一衬底区域，而提供用于阅读的定向或聚光照明的第二衬底区域可以在几个平方厘米的数量级。作为第二个示例，具有聚光灯功能的集成台灯可以是长方形的，例如在10cm乘100cm的面积范围内，其中具有6cm乘6cm的(第二衬底区域)聚光照明区域。指定尺寸仅仅是一个示例，对于其它应用尺寸可以改变。
图2示出了照明装置沿着图1中示出的线A-B的截面图。照明装置包括形成在衬底2上的发光结构4。发光结构4包括至少一个电致发光层，设置在通常为透明阳极的第一电极41和通常为反射阴极的第二电极43之间，用于为电致发光层42提供电源。根据它们电致发光层42的特性，电致光源通常被分为非有机光源(nLED)和有机光源(OLED)。在优选实施例中，电致发光层42为有机电致发光层，因为有机电致光源(OLED)很便宜且为弹性大面积光源，给设计师足够大的设计自由以使照明装置适用于不同应用。这里的透明电极41通常是铟掺杂的氧化锡(ITO)。可以使用具有高电导率的有机材料，如HC Starck公司的PEDT/PSS BaytronP。反射电极43的材料通常为金属，如铝、铜、银或金。电极43可以设置为均匀层或可以结构化成例如多个分开的导电材料区域。可选择地，电极41也可以是均匀层或被结构化。
有机电致发光层42可以由发光聚合物(PLED)或小发光有机分子(SMOLED)组成，所述小发光有机分子(SMOLED)可以嵌入在有机孔洞中和导电矩阵材料中，例如掺杂有发光络合物(light emitting complexes)的TCTA、TPBI或TPD。具有提高的效率的发光结构4可以包括在电致发光层42和阳极41之间的空穴传输层例如掺杂F4-TCNQ的MTDATA，和电致发光层42和阴极43之间的电子传输层例如Alq3或TPBI。在电极与空穴和电子传输层之间分别也具有电子和空穴注入层。
在电致发光层4内产生的光以各向同性光传播分布发射。由于在通常的衬底和空气之间折射率的差别，从照明装置发射的光的光传播方向的分布显示了朗伯分布。根据本发明的衬底2包括至少一个发射散射光31的第一衬底区域21和至少一个发射定向光32的第二衬底区域22，其中和发射散射光的第一衬底区域21的情况一样，穿过第二衬底区域22的光的光传播方向的分布明显不同于朗伯分布，例如在具有焦距的光束内的光、具有平行光传播方向的光或稍微分散的光。
图3示出了具有不同光导向特性32的不同第二衬底区域22的一些示例。在衬底表面一定距离处，第二衬底区域可以提供环、圆形、正方形或矩形光斑。
在一个实施例中，通过附加层结构提供定向光。所谓的微孔结构用作阳极和影响光传播方向的衬底之间的半透明镜。包括微孔层结构的这种照明装置会被发射优选在垂直于衬底表面的方向发射光，由此被发射定向光。
优选实施例采用光准直结构代替微孔层。如图4中所示，第二衬底区域22包括把从电致发光层42发射的散射光转变成定向光32的光准直结构23。在一个实施例中，光准直结构23例如通过锯切、铣削或其它成型技术集成在衬底中。在另一实施例中，如图4中所示，光准直结构层叠到平坦衬底24上以形成第二衬底区域22。例如可以通过注入成型工艺制造光准直结构。通过选择光准直结构23的适当尺寸性质，可以调节定向光32的性质以适用于不同的应用。相邻的第一衬底区域21仍发射散射光31。
如果光准直结构23是周期性结构以得到限定的光发射性质例如限定的焦距，则是更有利的。在图4和图5中给出了两个示例，其中第二衬底区域22包括棱镜阵列(图4)或透镜阵列(图5)的光准直结构23。在优选实施例中，光准直结构23在光32发射的相反方向上提供了与电致发光层42和光准直结构23之间距离相等的第一焦距。以这个距离设置的电致发光层42能使光准直结构23提供更多的定向光32。如果光准直结构23在光发射方向32上提供至少10cm，优选至少为20cm，特别优选为30cm的第二焦距，则是更有利的。第二焦距提供了用于不同应用的明亮光，例如阅读目的或物体如图片或雕塑的聚光照明的光。
图6示出了另一优选实施例，其中光准直结构23并没有如前面附图中所示层叠在平坦衬底24上。这里，光准直结构23由抛物面光准直器231的阵列构成，在相邻的抛物面光准直器231之间具有距离232。给定的尺寸可以根据不同的应用而变化。抛物面光准直器(PLC)的名称起源于，PLC包括如图6中抛物线所示的两个抛物面镜面组件，其可以被填充材料如塑料和玻璃，具有不同的焦点。在图6中示出的截面中每个PLC 231的左抛物面焦点位于右抛物面上，反之亦然。两个抛物表面相对于垂直于第二衬底区域22表面的轴是对称的。光传播方向分布从在进入抛物面光准直器231之前的宽分布转变成为离开抛物面准直器231之后的更加定向的光传播，从而实现了第二衬底区域22的定向光发射32。为了提高向前传播的定向光的量，面对发光层结构4的衬底22的表面提供在抛物面光准直器231之间的反射区域232。散射光不会通过抛物面光准直器231之间的衬底区域232离开第二衬底区域22。在一些反射后，散射光将会被反射回反射电极43并且有可能进入抛物面光准直器231中。
图7示出了本发明更优选实施例，其中第二衬底区域22包括抛物面光准直器231阵列和从光发射方向32上看设置在抛物面光准直器顶上的菲涅耳透镜233。抛物面光准直器231把电致发光层42发射的散射光转换为大致平行且具有围绕垂直于衬底表面的轴的窄光传播分布的光。通过在抛物面光准直器231顶部上的附加菲涅耳透镜233可以进一步调节光的分布。菲涅耳透镜是包括多个同心环的传统透镜的折叠版(collapsed version)。每个环比下一个环稍细并且把光向中心聚焦。可以调节脊形结构，以得到具有不同焦距的透镜，其可将平行光转变成聚焦光或把发散光转换成准直光。在这个实施例中，抛物面光准直器提供大致具有平行光传播方向的准直光。如果光准直结构23提供在光发射方向上至少10cm，优选至少为20cm，更优选为至少30cm的第二焦距，则是更有利的。第二焦距为不同应用例如阅读或物体如图片或雕塑的聚光照明提供了明亮的光。例如，利用菲涅耳技术的厚度在0.25mm至3.2mm之间的丙烯酸、刚性乙烯基或聚碳酸酯菲涅耳透镜具有1cm到61cm之间的第二焦距。同样六角形或矩形的菲涅耳透镜以及棱镜阵列也是可行的。所需第二焦距对于不同应用可以是不同的。
在优选实施例中，电极41和/或43中的至少一个被结构化以分别调节第一21和第二衬底区域22的发射光31和32。利用结构化的电极41和/或43，有可能向位于电极结构化部分之间的电致发光层42的区域施加不同的驱动电压。因此可以独立地调节通过第一衬底区域21发射的例如用于室内照明的光的量，和通过第二衬底区域21发射的例如用于聚光灯的光的量。
在更优选实施例中，设置电致发光层42以通过第一衬底区域21发射第一光谱范围的光，通过第二衬底区域22发射不同于第一光谱范围的第二光谱范围的光。例如，电致发光材料可以局部地改变。对于SMOLED层，可以向电致发光层不同区域的电致发光材料施加不同的掺杂材料。
参考附图和说明描述的实施例仅仅是照明装置的示例，不应当理解为限制这些示例的权利要求。被下述权利要求保护范围覆盖的其它实施例，对本领域技术人员来说也是可行的。独立权利要求的数量并不意味着权利要求的其它组合不代表有益实例。
Claims (13)
1.一种具有形成在衬底(2)上的发光结构(4)的照明装置，包括在第一电极(41)和第二电极(43)之间的至少一个电致发光层(42)，其发射穿过衬底(2)的光，所述衬底(2)包括用于发射散射光(31)的至少第一衬底区域(21)和用于同时发射显著不同于朗伯分布的定向光(32)的至少第二衬底区域(22)。
2.如权利要求1所述的照明装置，其中所述电致发光层(42)是有机电致发光层。
3.如权利要求1或2所述的照明装置，其中所述第二衬底区域(22)包括至少一个光准直结构(23)。
4.如权利要求3所述的照明装置，其中所述光准直结构(23)是周期性结构。
5.如权利要求3所述的照明装置，其中所述光准直结构(23)提供在与光(32)的发射相反的方向上的第一焦距，其等于所述电致发光层(42)和所述光准直结构(23)之间的距离。
6.如权利要求3所述的照明装置，其中所述光准直结构(23)提供在光发射方向上(32)的第二焦距，至少为10cm。
7.如权利要求6所述的照明装置，其中所述光发射方向上(32)的第二焦距，至少为20cm。
8.如权利要求6所述的照明装置，其中所述光发射方向上(32)的第二焦距，至少为30cm。
9.如权利要求3所述的照明装置，其中所述光准直结构(23)包括光准直结构玻璃抛物形透镜、棱镜、菲涅耳透镜和抛物面光准直器中的至少一种。
10.如权利要求9所述的照明装置，其中所述光准直结构(23)包括抛物面光准直器(231)，并且面向所述发光结构(4)的所述衬底(2)的表面提供在所述抛物面光准直器(231)之间的反射区域。
11.如权利要求9或10所述的照明装置，其中所述第二衬底区域(22)包括抛物面光准直器(231)，以及在光发射方向上在抛物面光准直器顶上的菲涅耳透镜(233)。
12.如权利要求1所述的照明装置，其中所述电极(41，43)的至少一个被结构化以分别调节第一衬底区域(21)和第二衬底区域(22)的发射光(31，32)。
13.如权利要求1所述的照明装置，其中设置所述电致发光层(42)以通过第一衬底区域(21)发射第一光谱范围光，和通过第二衬底区域(22)发射不同于第一光谱范围的第二光谱范围光。
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