DE10333040A1

DE10333040A1 - Leuchtelement

Info

Publication number: DE10333040A1
Application number: DE10333040A
Authority: DE
Inventors: Clemens Dr. Ottermann; Thomas Dr. Däubler; Harry Engelmann; Klaus Dr. Bange; Peter Dr. Nass
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2003-07-21
Filing date: 2003-07-21
Publication date: 2005-02-17
Also published as: WO2005011012A1; EP1647061A1; CN100576594C; CN1823430A; US20070201234A1

Abstract

Die Erfindung sieht ein Leuchtelement (1) vor, welches eine lichtführende Einrichtung (3), in welcher Licht durch Reflexion geführt wird, umfaßt und wobei die lichtführende Einrichtung (3) zumindest einen Lichtstreubereich (7) mit lichtstreuenden Strukturen (11) aufweist und/oder bei welchem lichtstreuende Strukturen (11) an der Oberfläche des Lichtstreubereichs (7) aufbringbar sind. Das Leuchtelement (1) umfaßt außerdem zumindest eine Lichteintrittsfläche (91), welche mit zumindest einer organischen lichtemittierenden Diode (5) gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leuchtelement, insbesondere ein Leuchtelement mit einem Lichtwellenleiter.

Aus dem Stand der Technik sind Leuchtelemente mit lichtleitenden Platten bekannt. Licht wird in die Platte eingekoppelt und in der Platte durch Totalreflexion weitergeleitet. An gezielt in der lichtleitenden Platte eingebrachten Störungen, wie beispielsweise diffusen Streuzentren oder scharfen Konturen, wie etwa an Einfräsungen wird das Licht gestreut oder ausgekoppelt. Auf diese Weise wurden diffuse Leuchtflächen oder strukturierte Leuchtstrukturen auf der Platte, wie etwa Schriftzeichen hergestellt.

Derartige Leuchtelemente werden unter anderem für Hinweis- und Reklameschilder verwendet. Auch im Automobilbereich werden solche Elemente eingesetzt. Insbesondere kommen lichtleitende Platten auch für die Hinterleuchtung von LCD-Anzeigen zum Einsatz.

Für Leuchtelemente mit Lichtleiterplatten werden im allgemeinen Leuchtstoffröhren, Lampen oder Leuchtdioden eingesetzt. Diese Lichtquellen weisen jedoch einige Nachteile auf. Leuchtstoffröhren und Lampen sind verhältnismäßig voluminös und sind daher zur Herstellung flacher Leuchtelemente nicht gut geeignet. Außerdem läßt sich nur ein geringer Anteil des erzeugten Lichts in die Platte einkoppeln. Leuchtdioden und Lichtleitfasern stellen Punktlichtquellen dar. Diese führen bei wenigen, weit separierten Koppelstellen zu einer inhomogenen Lichtverteilung in der Platte. Um eine gleichmäßige Ausleuchtung zu erreichen müssen viele, eng benachbarte Leuchtdioden oder Lichtleitfasern verwendet werden, was die Leuchtelemente entsprechend verteuert und die Abmessungen der Lichtquelle vergrößert.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energiesparendes Leuchtelement mit geringen Abmessungen der Lichtquelle bereitzustellen. Diese Aufgabe wird bereits in überraschend einfacher Weise durch ein Leuchtelement gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.

Demgemäß umfaßt ein erfindungsgemäßes Leuchtelement eine lichtführenden Einrichtung in welcher Licht insbesondere durch Reflexion geführt wird und wobei die lichtführende Einrichtung zumindest einen Lichtstreubereich mit lichtstreuenden Strukturen aufweist und/oder bei welchem lichtstreuende Strukturen, insbesondere an der Oberfläche des Lichtstreubereichs, aufbringbar sind. Das Leuchtelement umfaßt außerdem zumindest eine Lichteintrittsfläche, welche mit zumindest einer organischen lichtemittierenden Diode (OLED) gekoppelt ist.

Als Reflexion wird in diesem Zusammenhang sowohl Reflexion an metallisch reflektierenden Flächen, als auch Total- oder Teilreflexion an einem optisch dünneren Medium verstanden.

OLEDs können sehr flach und großflächig hergestellt und ihre Form in einfacher Weise angepaßt beziehungsweise auf die Anwendung zugeschnitten werden. Durch Ankopplung einer entsprechend geformten OLED kann also ohne wesentliche Vergrößerung der Abmessungen des Leuchtelements eine gleichmäßige Ausleuchtung der lichtführenden Einrichtung erreicht werden.

Die Erfindung ist für eine Vielzahl von Anwendungen hervorragend geeignet. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßes Leuchtelement in der Display-Technologie als Hinterleuchtung von LCD-Bildschirmen, etwa in Mobiltelefonen, PDA-Geräten oder Notebooks verwendet werden. Andere Anwendungen der Leuchtelemente sind beispielsweise die Verwendung als Anzeige-, Signal- oder Leuchttafeln für Werbezwecke oder im Luft- und Automobilverkehr, als Schalter- und Sensorbeleuchtungen, als großflächige Beleuchtungsquellen für Innenraumbeleuchtungen, für Ambientebeleuchtung, als Notbeleuchtung oder als transportable und leichte Leuchten im Outdoor-Bereich. Auch können mit der Erfindung kompakte Kaltlichtquellen, beispielsweise für Lichtmikroskope hergestellt werden.

Während OLEDs im allgemeinen nicht in beliebigen Formen hergestellt werden können, können mit entsprechend geformten lichtführenden Einrichtungen erfindungsgemäß nahezu beliebig geformte Leuchtelemente bereitgestellt werden.

OLEDs können bereits mit sehr guten internen Quanteneffizienzen (Anzahl Photonen pro injiziertes Elektron) hergestellt werden. So sind bereits OLED-Schichtstrukturen mit internen Quanteneffizienzen von 85% bekannt. Jedoch wird die Effizienz von OLEDs deutlich durch Auskoppelverluste herabgesetzt. An den vorhandenen Grenzflächen von aneinandergrenzenden Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes treten Reflexionsverluste auf. Insbesondere ergibt sich ein besonders hoher Brechungsindexsprung bei der Auskopplung an der Oberfläche der OLED. Dieser Brechungsindexsprung führt zur Totalreflexion von Licht, welches vom Inneren der OLED her kommend unter einem Winkel auf die Grenzfläche trifft, der größer als der Grenzwinkel ist. Dies wiederum reduziert den Raumwinkel, unter welchem die Strahlung ausgekoppelt werden kann.

Dieser Nachteil von OLEDs wird jedoch bei dem erfindungsgemäßen Leuchtelement vermieden. Durch die direkte Ankopplung der OLED an die lichtführende Einrichtung wird ein großer Brechungsindexsprung an einer Grenzfläche Luft/OLED insbesondere dann umgangen, wenn das lichtführende Element ein transparentes Material umfaßt, welches mit der OLED gekoppelt ist oder mit dieser in Kontakt steht.

Das Licht der OLED kann so unter Ausnutzung der guten internen Quanteneffizienz in das lichtleitende Element eingekoppelt und dort weitergeleitet werden. Als transparentes Material kann beispielsweise Glas und/oder Kunststoff und/oder ein Fluid verwendet werden. Mit Gläsern können kratzfeste und optisch hochwertige lichtleitende Elemente hergestellt werden. Kunststoffe sind preiswert und leicht und können zur Herstellung flexibler Leuchtelemente verwendet werden. Auch Fluide können als transparentes, lichtführendes Material verwendet werden, etwa in einer geeigneten transparenten Gehäusung. Im Sinne dieser Erfindung wird dabei der Begriff Fluid sowohl für Flüssigkeiten, als auch für Gase oder Gele verwendet.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt die lichtführende Einrichtung eine lichtführende Platte oder Folie. Dabei können eine oder beide Seiten der Platte und/oder eine oder mehrere der Kantenflächen der Platte als Lichtaustrittsflächen dienen. Die Lichteintrittsfläche kann an einer Kantenfläche oder auch auf einer Seite der lichtführenden Platte angeordnet sein. In diesem Zusammenhang wird der Begriff Seite für die großen, zueinander im wesentlichen parallel verlaufenden Flächen und der Begriff Kantenfläche für eine der schmalen Flächen an der um eine der Seiten umlaufende Kante benutzt. Gemäß einer Ausführungsform grenzt die Lichteintrittsfläche dabei an eine Kantenfläche der Platte an, so daß die OLED möglichst am Rand der Platte angeordnet ist und dadurch wenig für den Lichtstreubereich nutzbare Fläche einnimmt.

Es sind für bestimmte Anwendungen jedoch auch andere Formen, wie beispielsweise zylindrische, halbzylindrische, röhrenförmige, kegelförmige oder prismatische Formen, sowie Kombinationen dieser Formen möglich und vorteilhaft.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die lichtführende Einrichtung allgemein eine langgestreckte Form auf. Diese kann beispielweise ebenfalls zylindrisch, kegelförmig oder prismatisch sein.

Eine Weiterbildung dieser Ausführungsform sieht vor, daß die Lichteintrittsfläche zumindest eine Stirnfläche oder zumindest eine Fläche an einer der Enden der lichtführenden Einrichtung umfaßt. Zum Beispiel kann die Lichteintrittsfläche einen auf eine Stirnfläche stoßenden Bereich der Mantelfläche an einem Ende einer zylindrisch, halbzylindrisch oder prismatisch langgestreckten lichtführenden Einrichtung angeordnet sein.

Die OLED kann aber gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung aber auch auf einer Seiten- oder Mantelfläche angeordnet sein. Die OLED kann dabei auch abseits der Kanten- oder Stirnflächen der lichtführenden Einrichtung angebracht sein, so daß sich das Licht beispielsweise entlang entgegengesetzt gerichteter Lichtführungsrichtungen entlang der lichtführenden Einrichtung ausbreiten kann. Gedacht ist diesbezüglich unter anderem an eine zentrische Anordnung der OLED auf einer beispielsweise rund oder quadratisch plattenförmigen lichtführenden Einrichtung, wobei das Licht sich dann entlang radial verlaufender Lichtführungsrichtungen zum Rand, beziehungsweise der Kantenfläche der Einrichtung hin ausbreiten kann.

Ein erfindungsgemäßes Leuchtelement kann gemäß einer weiteren Ausführungsform auch eine lichtführende Einrichtung mit ringförmig gebogener Form aufweisen. Bei geeigneter Anordnung und Dichte der lichtstreuenden Strukturen kann so beispielsweise eine ringförmige Leuchte geschaffen werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die OLED mit der Lichteintrittsfläche über einen Kopplungselement gekoppelt. Durch die Verwendung eines Kopplungselements ergeben sich vielfältige weitere Gestaltungsmöglichkeiten erfindungsgemäßer Leuchtelemente. So können beispielsweise über ein Kopplungselement mehrere OLEDs mit einer Lichteintrittsfläche gekoppelt sein, um etwa die Leuchtkraft des Leuchtelements zu erhöhen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können die mehreren OLEDs auch unterschiedlich farbiges Licht emittieren. Dies ist beispielsweise günstig, um weißes Licht, etwa mittels blauer roter und grüner OLEDs, oder Licht mit einem bestimmten Farbeindruck zu mischen, der sich mit einer einzelnen OLED nur schwer erzeugen lässt. Selbstverständlich kann mit Vorteil auch eine OLED eingesetzt werden, die bereits weißes Licht emittiert.

Auch kann das Kopplungselement zumindest zwei unterschiedliche Kopplungsflächen aufweisen. Diese können sich in Form und Flächeninhalt voneinander unterscheiden, so daß das Kopplungselement als Querschnittwandler dient. Auf diese Weise können beispielsweise vorgefertigte OLEDs mit festgelegter Form an unterschiedliche Lichteintrittsflächen angepaßt werden. Beispielsweise kann eine OLED an eine Lichteintrittsfläche gekoppelt werden, die kleiner als die Leuchtfläche der OLED ist. Selbstverständlich kann umgekehrt auch eine OLED an eine Lichteintrittsfläche der lichtführenden Einrichtung gekoppelt werden, die größer als die Leuchtfläche der OLED ist, wobei das Kopplungselement dann als Verteiler für das von der OLED emittierte Licht dient.

OLEDs werden vielfach auf transparenten Substraten, wie insbesondere Glassubstraten, beschichteten Glassubstraten, Glas-Kunststoff-Laminaten oder Kunststoffsubstraten hergestellt, wobei das von der elektrolumineszenten Schicht der OLED erzeugte Licht durch dieses Substrat geführt wird. Das Leuchtelement kann dann vorteilhaft zusammengesetzt werden, indem das transparente Substrat mit der Lichteintrittsfläche der lichtführenden Einrichtung gekoppelt wird. Wird ein flaches, plattenförmiges Glassubstrat verwendet, wie dies verbreitet für Leuchtelemente, etwa bei Hinterleuchtungsvorrichtungen von LCD-Anzeigen der Fall ist, so kann die Ankopplung sowohl mit einer Kantenfläche des Substrats, als auch mit dessen Frontseite erfolgen, die der Fläche, auf welcher die OLED-Schichten aufgebracht sind, gegenüberliegt.

Um beispielsweise eine gute Anpassung der Form der OLED an die Form der Lichteintrittsfläche der lichtführenden Einrichtung zu erhalten, kann das Substrat der OLED gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auch flexibel sein. Dies gestattet es beispielsweise, eine OLED mit gutem Kontakt auch auf gewölbte Lichteintrittsflächen, etwa auf die Mantelfläche einer zylindrischen lichtführenden Einrichtung zu koppeln.

Beispielsweise ist dazu ein Polymersubstrat, Dünnstglas oder ein Dünnstglas-Polymer-Verbund als Substrat geeignet. Diese Materialien haben außerdem den Vorteil, daß die damit hergestellten OLEDs sehr flach sind und damit die Abmessungen des erfindungsgemäßen Leuchtelements nicht wesentlich vergrößern. Ein Dünnstglas-Polymer-Verbund kann beispielsweise ein Polymer-beschichtetes oder Polymer-laminiertes Dünnstglas umfassen. Als Polymersubstrat kann eine Polymerplatte oder -folie verwendet werden.

Die Ankopplung der OLED an die lichtführende Einrichtung kann beispielsweise durch eine transparente Verklebung, insbesondere durch eine brechwertangepaßte transparente Verklebung erfolgen. Dies vermeidet Luftspalte zwischen OLED und lichtführender Einrichtung und schafft so eine besonders verlustfreie Ankopplung.

Es ist aber gemäß einer weiteren Ausführungsform auch möglich, die Schichten der OLED direkt auf die Lichteintrittsfläche der lichtführenden Einrichtung aufzubringen. Dies ist insbesondere für die Massenproduktion kleiner Lichtelemente vorteilhaft, da das Ankoppeln und Ausrichten der OLED hierbei entfallen kann.

Es ist außerdem günstig, wenn das von der OLED emittierte Licht so eingekoppelt wird, daß es sich möglichst entlang der vorgesehenen Lichtführungsrichtung in der lichtführenden Einrichtung ausbreitet. Damit werden beispielsweise Verluste durch Überschreiten des Grenzwinkels für Totalreflexion, sowie durch Ausbreitung entgegen dieser Richtung verringert. Dies kann unter anderem dadurch erreicht werden, daß ein Lichteintrittsbereich, welcher die Lichteintrittsfläche umfaßt und/oder die OLED zumindest eine spiegelnde Reflexionsfläche und/oder ein optisches Gitter aufweist. An diesen Einrichtungen kann bei geeigneter Anordnung das Licht in Richtung der vorgesehenen Lichtführungsrichtung umgelenkt werden.

Für viele Ausführungsformen ist eine streifenförmige OLED zweckmäßig. Dies ist insbesondere für flache Leuchtelemente vorteilhaft, bei welcher der Lichteintrittsbereich entlang einer Kante der lichtführenden Einrichtung verläuft. Die OLED kann bei solcher streifenförmiger Gestalt außerdem Kontaktflächen aufweisen, die sich entlang der Längsseiten, beziehungsweise entlang der Längsrichtung der streifenförmigen OLED erstrecken. Vorzugsweise sind die Kontaktflächen dabei ebenfalls von streifenförmiger Gestalt. Die Kontaktflächen können beispielsweise eine Metallschicht oder eine elektrisch leitende Polymerschicht umfassen.

Damit erfolgt die Spannungszufuhr zu den Schichten der OLED quer zur Längsrichtung und die Strompfade werden entsprechend kurz. Damit können Spannungsabfälle entlang der Schichten der OLED minimiert und eine gleichmäßige Leuchtdichte erzielt werden.

Die Lichteintrittsfläche kann ferner schräg zur Lichtführungsrichtung angeordnet sein. Damit kann die Lichteintrittsfläche im Vergleich zu einer senkrechten Anordnung zur Lichtführungsrichtung vergrößert werden. Entsprechend kann auch eine großflächigere OLED angekoppelt werden, wodurch sich die Lichtstärke des Elements erhöhen läßt. Als Lichtführungsrichtung wird dabei die mittlere Lichtausbreitungsrichtung verstanden. Die Teilstrahlen können jedoch durchaus in einem Winkel zu dieser Richtung laufen und an der Oberfläche der lichtführenden Einrichtung reflektiert werden, so daß sie einem Zickzack-Pfad um diese Richtung folgen. Durch die schräge Anordnung kann außerdem die Winkelverteilung des von der OLED reflektierten Lichts an den Grenzwinkel der Totalreflexion in der lichtführenden Einrichtung angepaßt und optimiert werden.

Die Anpassung der Winkelverteilung des emittierten Lichts kann auch außerdem mit einer geeignet gekrümmten Lichteintrittsfläche erreicht werden. Beispielsweise kann die Lichteintrittsfläche konkav oder konvex zylinderlinsenförmig gekrümmt sein.

Die lichtführende Einrichtung kann im Lichtstreubereich eine oder mehrere streuende Strukturen im Innenbereich aufweisen. Die streuenden Strukturen können dabei die Lichtausbreitungsrichtung eines auf die Struktur treffenden Lichtstrahls so ändern, daß dieser beim nächsten Auftreffen auf eine Oberfläche der lichtführenden Einrichtung den Grenzwinkel für Totalreflexion überschreitet und so nach außen gelangt.

Die lichtstreuende Struktur kann auch einen aufgerauhten Oberflächenbereich umfassen. Dies schafft an der Oberfläche eine stochastische Verteilung der lokalen Oberflächennormalen. Dementsprechend kann der Grenzwinkel der Totalreflexion auch hier für einen gewissen Anteil des geführten Lichts lokal überschritten werden, so daß dieser Anteil aus der lichtführenden Struktur herausgestreut wird und es wird eine diffuse Streuung des Lichts erreicht. Die Rauhigkeit kann auch entlang der Lichtführungsrichtung ansteigen. Damit wird die entlang der Lichtführungsrichtung durch das Herausstreuen abnehmende Lichtintensität kompensiert. Auf diese Weise wird eine homogen leuchtende Oberfläche erreicht, wie sie beispielsweise für Hinterleuchtungen erwünscht ist.

Neben aufgerauhten Oberflächenbereichen sind mit Vorteil auch andere Formen von lichtstreuenden Strukturen möglich.

Beispielsweise kann die lichtstreuende Struktur auch eine erhabene Pyramidenstruktur und/oder eine vertiefte Pyramidenstruktur und/oder eine konvexe Linse und/oder eine konkave Linse und/oder ein erhabenes Prisma und/oder ein vertieftes Prisma und/oder eine konvexe Zylinderlinse und/oder eine konkave Zylinderlinse umfassen. Derartige optische Elemente als lichtstreuende Strukturen weisen unter anderem den Vorteil auf, daß das Licht im wesentlichen auf derjenigen Seite ausgekoppelt werden kann, auf der diese Elemente angeordnet sind.

Die lichtstreuende Struktur kann mit Vorteil auch farbig sein, um den Farbeindruck des herausgestreuten Lichts zu beeinflussen.

Für ein erfindungsgemäßes Leuchtelement geeignete lichtstreuende Strukturen lassen sich auf vielfältige Weise herstellen. Erhabene Strukturen können zum Beispiel in einfacher Weise durch Bedrucken der Oberfläche der lichtführenden Einrichtung erzeugen. Aufgerauhte Oberflächenbereiche als lichtstreuende Struktur können unter anderem durch Schleifen, Sandstrahlen oder Ätzen hergestellt werden. Ätzen ist auch allgemein zur Herstellung vertiefter lichtstreuender Strukturen geeignet. Auch können lichtstreuende Strukturen in die Oberfläche des Lichtstreubereichs der lichtführenden Einrichtung 3 eingeprägt werden.

Vorteilhaft können auch optische Gitter in verschiedener Ausgestaltung als lichtstreuende Strukturen dienen. Ein geeignetes Gitter kann dabei sowohl eindimensional, etwa als Liniengitter, als auch zweidimensional als Raster oder Punktgitter ausgebildet sein. Die Richtung des herausgestreuten Lichts kann insbesondere auch durch ein geblaztes Gitter vorteilhaft beeinflußt werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Lichtstreubereich eine Lichtaustrittsfläche auf, die größer ist, als die Lichteintrittsfläche der lichtführenden Einrichtung. Die Oberfläche des Lichtstreubereichs kann, beispielsweise im Falle einer Platte oder Folie als lichtführende Einrichtung und einer Kantenfläche als Lichteintrittsfläche sogar erheblich größer sein, als die Lichteintrittsfläche.

Die lichtführende Einrichtung kann auch eine Lichtaustrittsfläche aufweisen, welche zumindest eine Kantenfläche einer lichtführenden Platte umfaßt. Damit kann, wenn die Lichtaustrittsfläche kleiner als die Leuchtfläche der OLED oder die Lichteintrittsfläche der lichtführenden Einrichtung ist, eine hohe Leuchtdichte an der Lichtaustrittsfläche erreicht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei verweisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Teile.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit Ankopplung über ein Glassubstrat der OLED,
2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung bei welcher die Schichten der OLED direkt auf die lichtführende Einrichtung aufgebracht sind,
3A bis 3D Weiterbildungen der in 2 gezeigten Ausführungsform,
4 und 5 weitere Ausführungsformen der Erfindung mit Ankopplung über ein Glassubstrat der OLED,
6 eine Ausführungsform mit schräger Anordnung der OLED an einer Kantenfläche der lichtführenden Einrichtung,
7A und 7B Ausführungsformen erfindungsgemäßer Leuchtelemente mit Anordnung der OLED auf einer Seitenfläche einer plattenförmigen lichtführenden Einrichtung,
8A bis 8C Ausführungsformen mit gekrümmter Lichteintrittsfläche,
9A und 9B Ausführungsbeispiele streifenförmiger OLEDs mit seitlichen Kontaktflächen,
10A bis 10G Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Leuchtelements mit verschiedenartig geformten lichtführenden Einrichtungen,
11 eine Ausführungsform mit fluidgefüllter lichtführender Einrichtung,
12A bis 12F in perspektivischer Ansicht Ausschnitte aus dem Lichtstreubereich der lichtführenden Einrichtung,
13A bis 13C Ausführungsformen mit Kopplungselement,
14 eine Ausführungsform eines ringförmigen Leuchtelements, und
15A und 15B zwei Ausführungsformen von Leuchtelementen mit Lichtaintrittsfläche an einer Kantenfläche der lichtführenden Einrichtung.
In 1 ist eine schematische Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform eines als Ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichneten erfindungsgemäßen Leuchtelements dargestellt.
Das Leuchtelement 1 umfaßt eine lichtführende Einrichtung 3, in der Licht durch Reflexion geführt wird. Die lichtführende Einrichtung 3 weist einen Lichtstreubereich 7 und einen Lichteintrittsbereich 9 mit einer Lichteintrittsfläche 91 auf. Die lichtführende Einrichtung 3 umfaßt eine lichtführende Platte 4 mit Seiten 42, 43 und schmalen Kantenflächen oder Seitenkanten 41. Die Lichteintrittsfläche 91 ist bei dieser Ausführungsform an einer Kantenfläche 41 der lichtführenden Platte 4 angeordnet ist. Anstelle einer Platte 4 kann auch vorteilhaft eine Folie verwendet werden.
Eine als Ganzes mit 5 bezeichnete OLED ist mit der Lichteintrittsfläche 91 gekoppelt. Bei dieser Ausführungsform umfaßt die OLED ein transparentes Substrat 51, beispielsweise aus Glas, auf welchem die OLED- Schichten 52, 53 und 54 aufgebracht sind.
Die Schichten 52 und 54 sind Elektrodenschichten zur Spannungsversorgung einer oder mehrerer zwischen diesen Schichten angeordneter elektrolumineszenter Schichten 53. Die mit dem Substrat 51 in Kontakt stehende Elektrodenschicht 54 ist dabei als lichtdurchlässige, beziehungsweise zumindest teilweise transparente Elektrodenschicht ausgeführt, so daß Licht, welches von der elektrolumineszenten Schicht 53 emittiert wird, durch die Elektrodenschicht 54 in das Glassubstrat gelangen kann. Für die Elektrodenschicht 54 wird im allgemeinen Indium-Zinn-Oxid oder ein anderes leitfähiges oder halbleitendes Material verwendet, welches als dünne Schicht wenigstens teilweise transparent für das von der elektrolumineszenten Schicht emittierte Licht ist. Neben Indium-Zinn-Oxid kann so auch beispielsweise eine dünne Metallschicht verwendet werden. Dazu ist unter anderem Gold oder eine Goldlegierung geeignet.
Aufgrund der Austrittsarbeitsdifferenz zwischen den Elektrodenschichten 52 und 54 werden Elektronen bei richtiger Polung der an die Schichten 52 und 54 angelegten Spannung an der als Kathode wirkenden Schicht in unbesetzte elektronische Zustände des organischen, elektrolumineszenten Materials injiziert. Gleichzeitig werden von der als Anode wirkenden Schicht mit niedrigerer Austrittsarbeit Defektelektronen oder Löcher injiziert, wodurch im organischen Material durch Rekombination der Elektronen mit den Defektelektronen Lichtquanten emittiert werden.
Der Aufbau, die Zusammensetzung und die Abfolge der OLED-Schichten ist dem Fachmann bekannt. Für die Erfindung kann selbstverständlich jede aus dem Stand der Technik bekannte OLED-Schichtstruktur verwendet werden.

Als Material für eine elektrolumineszente Schicht der OLED können beispielsweise elektrolumineszente Polymermaterialien oder sogenannte "small molecules" verwendet werden. Diese Materialien können unter anderm MEH-PPV ((Poly(2-Methoxy, 5-(2'-Ethyl-Hexyloxy) Paraphenylen Vinylen) oder auch Alq₃ (Tris-(8-Hydroxyquinolino)-Aluminium) als organisches, elektrolumineszentes Material aufweisen. Mittlerweile sind eine Vielzahl geeigneter elektrolumineszenter Materialien, wie beispielsweise metall-organische Komplexe, insbesondere Triplett-Emitter oder Lanthanid-Komplexe bekannt. Derartige Schichten und Materialien, sowie verschiedene mögliche Schichtabfolgen innerhalb von organischen, elektro-optischen Elementen wie insbesondere von OLEDs sind beispielsweise in folgenden Dokumenten, sowie den Literaturverweisen darin beschrieben, welche durch Bezugnahme vollständig in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen werden:

1. Nature, Vol. 405, Seiten 661–664,
2. Adv. Mater. 2000, 12, No. 4, Seiten 265–269,
3. EP 0573549 ,
4. US 6107452 .
5. US 6365270 ,
6. US 6333521 ,
7. US 6515298 ,
8. US 6498049 ,
9. US 6384528 .

Die Elektrodenschichten 52 und 54 weisen im allgemeinen unterschiedliche Austrittsarbeiten auf, so daß zwischen beiden Schichten eine Austrittsarbeitsdifferenz entsteht.

Bessere Quantenausbeuten lassen sich mit einer OLED außerdem erzielen, wenn neben der aktiven elektrolumineszenten Schicht 53 noch weitere funktionale Schichten zwischen den Elektrodenschichten angeordnet werden. Als weitere funktionale Schichten können beispielsweise Lochinjektionsschichten, Potentialanpassungsschichten, Elektronenblockerschichten, Lochblockerschichten, Elektronleiterschichten und/oder Elektroneninjektionsschichten in der OLED vorhanden sein. Die Funktion, Anordnung und Zusammensetzung sind dabei aus der Fachliteratur bekannt.

Das Glassubstrat 51, auf welchem die OLED-Schichten 52, 53 und 54 aufgebracht sind, ist von plattenförmiger Gestalt. Dabei ist das Glassubstrat 51 bei der in 1 dargestellten Ausführungsform nicht mit der Frontseite 512, welche der Seite mit den OLED Schichten 52, 53 und 54 gegenüberliegt und über die sonst üblicherweise bei einer OLED das Licht ausgekoppelt wird, sondern mit einer Kantenfläche 511 an die lichtführende Einrichtung, beziehungsweise das lichtführende Element 3 angekoppelt. Diese Anordnung erlaubt einen flachen Aufbau.

Um die Einkoppeleffizienz zu erhöhen, ist das Glassubstrat der OLED zusätzlich mit einer spiegelnden Reflexionsschicht 13 versehen, die vorteilhaft absorptionsfrei oder absorptionsarm für die Wellenlängen des von der OLED 5 emittierten Lichts ist.

Ein Lichtstrahl, welcher von der OLED 5 emittiert wird, wird über die Lichteintrittsfläche 91 in die lichtführende Einrichtung 3 eingekoppelt und wird durch Totalreflexion an den Seiten 42 und 43 zwischen diesen Seiten hin- und herreflektiert und entlang der Lichtführungsrichtung 17 durch den Lichtstreubereich 7 der lichtführenden Einrichtung geführt. Der Lichtstreubereich 7 weist eine oder mehrere lichtstreuende Strukturen 11 auf. Beispielsweise kann eine solche lichtstreuende Struktur 11 wie in 1 einen aufgerauhten Oberflächenbereich auf einer der beiden Seiten 42, 43 umfassen. Das Licht, welches auf diesen Oberflächenbereich trifft wird aufgrund der stochastischen Verteilung der Oberflächennormalen in diesem Bereich 111 teilweise herausgestreut, da der Grenzwinkel für Totalreflexion für manche Teilstrahlen, wie bei dem Teilstrahl 19 überschritten wird. Der Bereich auf der Seite 42 mit der oder den lichtstreuenden Strukturen 11 bildet dabei eine Lichtauntrittsfläche 6 des Leuchtelements 1.

In 2 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leuchtelements dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind Schichten 52, 53 und 54 der OLED 5 direkt auf die Lichteintrittsfläche 91 des lichtführenden Elements, beziehungsweise der lichtführenden Einrichtung 3 aufgebracht. Die OLED 5 benötigt somit kein Glassubstrat als Träger, da hier die lichtführende Einrichtung 3, beziehungsweise die lichtführende Platte 4 selbst als Träger für die OLED-Schichten dient.

Außerdem ist die Lichteintrittsfläche 91 nicht an einer Kantenfläche, wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, sondern auf einer Seite der lichtführenden Platte 4 angeordnet. Die Lichteintrittsfläche 91 grenzt außerdem an eine Kantenfläche an.

Die lichtführende Einrichtung 3 ist an einem Lichteintrittsbereich 9, welcher auch die Lichteintrittsfläche 91 umfaßt, mit einer spiegelnden Reflexionsschicht 13 versehen, um den Anteil des in der lichtführenden Einrichtung 3 geführten Lichts zu vergrößern.

3A zeigt eine Weiterbildung der in 2 dargestellten Ausführungsform. Der Lichteintrittsbereich 9 der lichtführenden Einrichtung 3 umfaßt bei dieser Weiterbildung eine Kantenfläche 41, die abgeschrägt ist. Diese Kantenfläche 41 ist dementsprechend sowohl zur Lichteintrittsfläche 9, als auch zur Lichtführungsrichtung 7 schräg angeordnet. Auf der Kantenfläche 41 ist eine spiegelnde Reflexionsschicht 13 aufgebracht. Damit werden Lichtstrahlen, die von der OLED emittiert werden und auf die Kantenfläche 41 mit der Reflexionsschicht 13 treffen, so reflektiert, daß die Komponente der Ausbreitungsrichtung senkrecht zur Lichtführungsrichtung 17 in eine Komponente entlang der Lichtführungsrichtung umgelenkt wird.

3B zeigt ebenfälls eine Weiterbildung der in 2 dargestellten Ausführungsform. Hier ist im Lichteintrittsbereich 9 ein Gitter 14 angeordnet, auf welches ein Teil des von der OLED emittierten Lichts fällt. Das Gitter führt ebenfalls zu einer Umlenkung des Lichts in Richtung der Lichtführungsrichtung. Die Gitterkonstante kann dabei vorteilhaft an die von der OLED emittierte Wellenlänge und den Winkelbereich zwischen den Grenzwinkeln der lichtführenden Einrichtung 3, beziehungsweise deren numerischer Apertur angepaßt werden. Um die Streuung durch das Gitter 14 entgegen der Lichtführungsrichtung zu unterdrücken, kann das Gitter auch insbesondere als Blaze-Gitter ausgeführt sein. Das Gitter 14 kann beispielsweise aufgeklebt oder in die lichtführende Einrichtung eingeprägt werden.

In 3C ist noch eine Weiterbildung der in 2 gezeigten Ausführungsform dargestellt. Der Lichteintrittsbereich 9 der in 3 dargestellten Ausführungsform ist von einem Gehäuse 21 umgeben, welches die OLED 5 und die Reflexionsschicht 13 vor Beschädigungen schützt. Das Gehäuse 21 kann auch als Verkapselung dienen, um die OLED 5 vor Feuchtigkeit und reaktiven Luftbestandteilen zu schützen. Um die Verkapselung zu verbessern, kann in dem vom Gehäuse 21 eingeschlossenen Raum auch ein Trockenmittel vorhanden sein, welches eindringende Feuchtigkeit aufnimmt. Auch kann das Gehäuse vorteilhaft mit reflektierenden Innenwänden ausgestattet sein, um Verluste beim Einkoppeln zu reduzieren.

3D zeigt eine Variante der in 3A gezeigten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leuchtelements 1. Bei dieser Variante umfaßt die OLED ein transparentes Substrat 51, auf welchem die OLED-Schichten 52 bis 54 aufgebracht sind. Das transparente Substrat 51 der OLED 5 ist mit der Lichteintrittsfläche 91 des Lichteintrittsbereiches 9 gekoppelt. Um die Einkoppeleffizienz zu erhöhen, ist auch bei dieser Ausführungsform eine Kantenfläche 41 der lichtführenden Einrichtung 3 abgeschrägt und mit einer Reflexionsschicht versehen. Auch die OLED 5, insbesondere deren transparentes Substrat 5 ist an den Kantenflächen mit Reflexionsschichten 13 versehen.

Als Substrat 51 der OLED kann vorteilhaft Dünnstglas oder eine Polymerfolie, beispielsweise mit einer Dicke im Bereich von < 150 μm oder ein anderes transparentes, dünnes Substrat verwendet werden, um die Bauhöhe niedrig zu halten. Ein solches Substrat kann etwa auch ein Dünnstglas-Polymer-Laminat oder ein ähnlicher Verbundwerkstoff sein. Bei der Kopplung der OLED 5 mit der Lichteintrittsfläche 91 über ein Glassubstrat 51 der OLED, wie sie beispielhaft in 3D dargestellt ist, ergibt sich der Vorteil, daß die OLED 5 separat hergestellt werden kann. Außerdem erlaubt dies bei geeigneter lösbarer Kopplung auch einen Austausch der OLED 5.

4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leuchtelements 1. Bei dieser Ausführungsform ist ähnlich wie bei dem anhand von 1 dargestellten Leuchtelement 1 die OLED auf ein Substrat 51 aufgebracht, welches mit der lichtführenden Einrichtung 3 gekoppelt ist. Die lichtführende Einrichtung 3 umfaßt bei der in 4 gezeigten Ausführungsform ebenfalls eine lichtführende Platte 4 mit Seiten 42, 43 und Kantenflächen 41.

Die Lichteintrittsfläche 91 ist, ebenfalls wie bei dem in 1 gezeigten Leuchtelement an einer der Kantenflächen 41 angeordnet. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform ist im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Leuchtelement die Frontseite 512 des G1assubstrats 51 der OLED 5 mit der Lichteintrittsfläche 91 gekoppelt. Die Kopplung der OLED an die lichtführende Einrichtung 3, beziehungsweise an deren Lichteintrittsfläche 91 erfolgt über eine transparente Verklebung 15. Die Verklebung 15 kann insbesondere brechwertangepaßt sein, um Reflexionsverluste zu vermeiden.

Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die Lichteintrittsfläche auf einer Kantenfläche der lichtführenden Einrichtung 3, wobei die Kantenhöhe geringer als die Höhe der Leuchtfläche der OLED 5 ist. Anders als in 4 dargestellt kann jedoch auch eine OLED mit der Lichteintrittsfläche gekoppelt werden, die eine geringere Höhe als die Kantenhöhe der lichtführenden Einrichtung aufweist.

In 5 ist ebenfalls eine Ausführungsform der OLED mit Einkopplung des Lichts über eine an einer Kantenfläche 41 angeordnete Lichteintrittsfläche 91 dargestellt. Die OLED 5 umfaßt auch hier ein Glassubstrat 51, auf welchem die OLED-Schichten 52, 53 und 54 aufgebracht sind. Die OLED 5 ist mittels einer transparenten Verklebung 15 an die Lichteintrittsfläche 91 angekoppelt. Im Unterschied zu der anhand von 4 dargestellten Ausführungsform ist jedoch hier die Lichteintrittsfläche 91 schräg zur Lichtführungsrichtung 17 an der lichtführende Platte angebracht. Eine abgeschrägte Kantenfläche als Lichteintrittsfläche, wie sie das in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel aufweist, ist außerdem von Vorteil, um eine breitere OLED an eine flachere plattenförmige lichtführende Einrichtung ankoppeln zu können.

6 zeigt ähnlich wie 5 eine Ausführungsform mit schräger Anordnung der OLED an einer Kantenfläche 41 der lichtführenden Einrichtung 3, beziehungsweise der lichtführenden Platte 4. Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform sind die OLED-Schichten 52, 53 und 54 jedoch nicht auf ein mit der lichtführenden Einrichtung gekoppeltes Glassubstrat, sondern direkt auf die schräg zur Lichtführungsrichtung 17 an einer Kantenfläche 41 angeordnete Lichteintrittsfläche 91 aufgebracht.

Bei den Ausführungsformen der 4 bis 6 bildet die Lichteintrittsfläche 91 gleichzeitig auch den Lichteintrittsbereich 9.

Bei den bisher anhand der 1 bis 6 dargestellten Ausführungsformen ist die OLED auf oder im Bereich einer Kantenfläche der lichtführenden Einrichtung angeordnet. Bei den anhand der 7A und 7B gezeigten Ausführungsbeispielen ist die OLED ähnlich wie bei den Ausführungsbeispielen der 2 und 3A bis 3D auf einer Seitenfläche einer plattenförmigen oder flachen lichtführenden Einrichtung, die auch gekrümmt sein kann, angeordnet. Im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen befindet sich die OLED hier jedoch abseits der Kantenflächen.

Im einzelnen zeigt 7A in Schnittdarstellung einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Leuchtelements 1. Der Lichteintrittsbereich 9 wird dabei durch den von der OLED 5 abgedeckten Bereich der lichtführenden Einrichtung gebildet. Das von der OLED 5 emittierte und durch die Lichteintrittsfläche 91 auf der Seite 42 in den Lichteintrittsbereich 9 eingekoppelte Licht wird dann von der OLED weg entlang entgegengesetzter Lichtführungsrichtungen durch die plattenförmige lichtführende Einrichtung 3 geführt. Die Lichtstreuenden Strukturen 11 sind bei dieser Ausführungsform außerdem auf die Oberfläche der Lichtstreubereiche 7 aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch Bedrucken mit einem geeigneten transparenten Lack erfolgen.

7B zeigt eine perspektivische Ansicht einer solchen Ausfühurngsform. Die OLED 5 des Leuchtelements 1 ist zentrisch auf einer Seite 42 einer plattenförmigen oder flachen lichtführenden Einrichtung 3 angeordnet. Die lichtführende Einrichtung 3 kann eine beliebige Umrandungsform aufweisen. Anders als in 7B dargestellt, kann die lichtführende Einrichtung 3 auch beispielsweise rund, quadratisch oder rechteckig sein. Das von der OLED 5 emittierte Licht breitet sich in der lichtführenden Einrichtung dann entlang radial von der OLED 5 ausgehender Lichtführungsrichtungen 17 aus. Selbstverständlich können auch mehrere OLEDs gleicher oder unterschiedlicher Farbe ortsnah oder getrennt auf einer Lichtführungseinrichtung angeordnet werden, die gemeinsam oder auch getrennt angesteuert werden können.

Die Lichteintrittsfläche 91 muß keine ebene Fläche sein. Die 8A und 8B zeigen zwei Ausführungsbeispiele mit gekrümmten Lichteintrittsflächen 91. Bei den in diesen Figuren dargestellten Leuchtelementen ist die Lichteintrittsfläche jeweils an einer Kantenfläche 41 einer lichtführenden Platte 4 angeordnet. Dabei weist die in 8A gezeigte Ausführungsform eine bezüglich des Außenbereichs der lichtführenden Einrichtung 3, beziehungsweise der Platte 4 konvex gekrümmte Lichteintrittsfläche 91 und die in 8B dargestellte Ausführungsform eine konkav gekrümmte Lichteintrittsfläche auf.

Die gekrümmte Lichteintrittsfläche kann eine Linsenwirkung entfalten, sofern sich die Brechungsindizes von elektrolumineszenter Schicht 53 und dem Innenbereich 31 der lichtführenden Einrichtung 3 unterscheiden. Je nachdem, welcher der Brechungsindizes größer ist, können sowohl die konvex gekrümmte als auch die konkav gekrümmte Lichteintrittsfläche zerstreuend oder sammelnd wirken. Die Lichteintrittsfläche 91 kann in einer Richtung wie bei einer Zylinderlinse oder auch in zwei Richtungen gekrümmt sein.

8C zeigt eine Abwandlung der in 8A dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leuchtelements 1. Bei dieser Ausführungsform sind die Schichten 52–54 der OLED 5 nicht direkt auf die Lichteintrittsfläche 91 aufgebracht, sondern die OLED 5 ist, ähnlich wie bei den in den 1, 3D, 4, oder 5 unter Verwendung eines Substrats 51 vorgefertigt und dann mit der Lichteintrittsfläche 91 gekoppelt. Das Substrat ist bei der in 8C gezeigten Ausführungsform hinreichend flexibel, um sich der Krümmung der Lichteintrittsfläche 91, die Bestandteil der gekrümmten Kantenfläche 41 ist, anzupassen. Als Substrat kann dafür zweckmäßig Dünnstglas, eine Polymerfolie oder auch ein Dünnstglas-Polymer-Verbund verwendet werden.

In den 9A und 9B sind Ausführungsbeispiele streifenförmiger OLEDs 5 dargestellt, wie sie für eine der oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden können. Die Schichten 52, 53 und 54 der OLED sind dabei auf ein Glassubstrat 51 oder direkt auf eine Oberfläche der lichtführenden Einrichtung 3 aufgebracht. Die Kontaktierung der Elektrodenschichten 52 und 54 erfolgt dabei über seitliche Kontaktflächen 55 und 56, die sich entlang der Längsrichtung L der streifenförmigen OLED 5 erstrecken. Die Kontaktflächen 55 und 56 weisen eine gute Leitfähigkeit auf, so daß entlang der Längsrichtung L im wesentlichen keine Spannung über den Elektrodenschichten 52 und 54 abfällt und elektrische Leistung verlorengeht. Dieser Effekt würde sonst insbesondere bei Verwendung einer Indium-Zinn-Oxidschicht als transparente Elektrodenschicht 54 mit relativ hohem spezifischen Widerstand auftreten. Die Kontaktflächen 55 und 56 dienen dementsprechend als Bus-Bars zur Unterstützung der Leitfähigkeit der Elektrodenschichten 52, 54 der OLED 5.

Bei beiden Ausführungsbeispielen von OLEDs 5 sind die Schichten 52, 53, 54 der OLEDs auf einer Kantenfläche des Substrats 51, beziehungsweise der lichtführenden Einrichtung 3 aufgebracht. Bei der anhand von 9A dargestellten Ausführungsform sind auch die Kontaktflächen 55, 56 auf der Kantenfläche angeordnet. Im Unterschied dazu sind die Kontaktflächen 55, 56 der in 9B gezeigten Ausführungsform im wesentlichen auf gegenüberliegenden Seitenflächen des Substrats 51, beziehungsweise der lichtführenden Einrichtung 3 angeordnet. Die Kontaktflächen 55, 56 dienen so gleichzeitig auch als Reflexionsflächen 13.

Wie in 9B dargestellt, können sich die Kontaktflächen 55, 56 auch um die Kanten des Substrats 51, beziehungsweise der lichtführenden Einrichtung 3 herum erstrecken, so daß Abschnitte 58, 59 der Kontaktflächen 55, 56 auf der Kantenfläche befinden, auf welcher auch die OLED-Schichten 52, 53, 54 aufgebracht sind.

OLEDs sind im allgemeinen empfindlich gegenüber reaktiven Luftbestandteilen wie Sauerstoff und Wasserdampf. Es ist daher üblich, OLEDs entsprechend zu verkapseln. Die Verkapselung ist der Übersichtlichkeit halber in den Figuren nicht dargestellt. Für die Verkapselung oder Gehäusung der OLED 5 können alle dem Fachmann bekannten Anordnungen verwendet werden. Insbesondere sei an dieser Stelle auf die deutsche Patentanmeldung mit der Nummer 102 22 958.9 und dem darin zitierten Stand der Technik verwiesen, deren Offenbarung vollumfänglich in den Gegenstand der vorliegenden Erfindung einbezogen wird.

Die 10A bis 10G zeigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Leuchtelements 1 mit verschiedenartig geformten lichtführenden Einrichtungen 3. Dabei zeigen die 10A und 10B Ausführungsformen, bei welchen die lichtführende Einrichtung 3 eine lichtführende Platte 4 mit Seiten 42 und Kantenflächen 41 umfaßt. Bei der in 10A gezeigten Ausführungsform weisen die Seiten 42 der Platte 4 eine rechteckigen oder quadratische Form auf, so daß die Platte 4 insgesamt von quaderförmiger Gestalt ist.

Bei der in 10B gezeigten Ausführungsform sind die Seiten 42 trapezförmig gestaltet, wobei sich hier der Querschnitt der trapezoidförmigen Platte entlang der Lichtführungsrichtung vergrößert. Ebenso kann sich der Querschnitt aber auch gemäß einer weiteren Ausführungsform entlang der Lichtführungsrichtung verkleinern.

Diese Formen von lichtführenden Platten 4 sind jedoch nur beispielhaft. Es sind auch eine Vielzahl anderer Formen denkbar und für bestimmte Anwendungen sinnvoll. Beispielsweise können die Platten auch gebogen sein oder kurvenförmige Ränder aufweisen.

Die 10C bis 10E zeigen weitere Ausführungsformen, bei welchen die lichtführende Einrichtung 3 nicht plattenförmig ist. In 10C ist ein Leuchtelement mit prismenförmiger lichtführender Einrichtung 3 dargestellt. Das Prisma weist dabei eine dreieckige Grund- oder Stirnfläche auf. Die Grundfläche kann jedoch auch ebenso beispielsweise viereckig oder hexagonal geformt sein. Die 10D bis 10E zeigen außerdem Ausführungsformen mit zylinderförmiger, beziehungsweise halbzylinderförmiger lichtführender Einrichtung 3. Bei den Ausführungsformen der 10C und 10D ist die OLED 5 ferner jeweils an einer der Grund- oder Stirnflächen der lichtführenden Einrichtung 3 angeordnet.

Das in 10E gezeigte Ausführungsbeispiel weist eine halbzylindrische Form auf. Außerdem umfasst dieses Leuchtelement mehrere OLEDs 60, 61, die mit den Stirnflächen der lichtführenden Einrichtung gekoppelt sind.

Das in 10F dargestellte Leuchtelement weist eine zylindrisch röhrenförmige lichtführende Einrichtung 3 auf. Die OLED 5 ist dabei auf der Zylinderwandung der lichtführenden Einrichtung 3 aufgebracht. Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform kann die röhrenförmige lichtführende Einrichtung 3 auch zur Aufnahme eines Fluids ausgebildet sein. Dabei kann das Fluid in der lichtführenden Einrichtung 3 dann selbst als Lichtleiter dienen. Eine derartige Ausgestaltung der Erfindung kann beispielsweise für sensorische Anwendungen und zur Überwachung, beispielsweise von Füllständen eingesetzt werden.

Auch bei dem in 10G dargestellten Leuchtelement weist die lichtführende Einrichtung 3 eine röhrenförmige Gestalt auf. Im Unterschied zu der in 10F gezeigten Ausführungsform ist die OLED 5 jedoch auf der Stirnfläche der lichtführenden Einrichtung 3 aufgebracht.

Eine röhrenförmige lichtführende Einrichtung, wie sie die beispielhaften Ausführungsbeispiele der 10F und 10G aufweisen, lässt sich auch beispielsweise durch Biegen von flexiblem Material herstellen. Beispielsweise kann die lichtführende Einrichtung 3 dazu Dünnstglas, etwa mit einer Dicke kleiner 150 μm umfassen, welches dann röhrenförmig gebogen wird. Ebenso ist beispielsweise auch ein Verbundmaterial mit Dünnstglas- und Polymerschichten geeignet.

In 11 ist schematisch noch eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hier umfaßt die lichtführende Einrichtung 3 einen Behälter mit Wandungen 32, dessen Innenbereich 31 mit einem Fluid 33 gefüllt oder füllbar ist. Insbesondere kann als Fluid 33 eine Flüssigkeit, wie etwa Wasser oder ein Gel verwendet werden. Eine solche Ausführungsform ist besonders bei großen Abmessungen der lichtführenden Einrichtung 3 geeignet, die hier nicht massiv zu sein braucht und so beispielsweise günstig herstellbar und leicht zu transportieren ist.

Eine behälterförmige lichtführende Einrichtung 3 zur Aufnahme von Flüssigkeiten kann auch für sensorische und Überwachungsanwendungen vorteilhaft Anwendung finden, wobei in dem Behälter vorhandene Flüssigkeit die Lichtleitung verändert. Ein derartig ausgebildetes Leuchtelement kann so beispielsweise zur Füllhöhenmessung verwendet werden.

Im folgenden wird auf die 12A bis 12F Bezug genommen, die in perspektivischer Ansicht Ausschnitte aus dem Lichtstreubereich 7 der lichtführenden Einrichtung 3 mit verschiedenen Formen von lichtstreuenden Strukturen 11 zeigen. Die in 12A gezeigten lichtstreuenden Strukturen 11 umfassen bezüglich der Oberfläche 71 des Lichtstreubereichs erhabene Pyramiden 112 und vertiefte Pyramiden 113. Die Pyramiden sind als reguläre Pyramiden mit viereckiger Grundfläche dargestellt. Ebenso sind jedoch auch tetraedrische Pyramiden, Pyramiden mit vieleckiger Grundfläche oder kegelförmige Strukturen möglich.

Der in 12B gezeigte Ausschnitt aus dem Lichtstreubereich zeigt beispielhaft lichtstreuende Strukturen in der Form von konvexen und konkaven Linsen 114, beziehungsweise 115.

12C zeigt einen Oberflächenbereich, der lichtstreuende Strukturen 11 in Form eines erhabenen Prismas 116 und eines vertieften Prismas 117, beziehungsweise eines v-förmigen Einschnittes 117 aufweist. 12D zeigt schließlich einen Ausschnitt eines Lichtstreubereichs mit konkaven und konvexen Zylinderlinsen 119, beziehungsweise 118.

In den 12E und 12F sind zwei Ausführungsbeispiele von Oberflächenbereichen der lichtführenden Einrichtung 3 mit Gittern als lichtstreuenden Strukturen 11 dargestellt. Bei dem in 12E dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein geblaztes Liniengitter 120 in die Oberfläche 71 des Lichtstreubereichs der lichtführenden Einrichtung eingeprägt. Der Blaze-Winkel α kann entstprechend der gewünschten Winkelverteilung des herausgestreuten Lichts gewählt werden.

12F zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem zweidimensionalen Punktgitter 121 als lichtstreuende Struktur 11. Das Punktgitter umfasst seinerseits gitterförmig angeordnete lichtstreuende Strukturen, wobei in 12F beispielhaft kegelförmige Strukturen dargestellt sind. Das Gitter ist bei dem in 12F gezeigten Ausführungsbeispiel außerdem hexagonal, wobei selbstverständlich, je nach Anforderung an die optischen Eigenschaften des Gitters auch andere Formen, beispielsweise mit quadratischen oder rechteckigen Elementarzellen gewählt werden können.

Die anhand der 12A bis 12F gezeigten, an der Oberfläche 71 einer oder mehrerer Flächen des Lichtstreubereiches einer lichtführenden Einrichtung angeordneten lichtstreuenden Strukturen 11 sind nur beispielhaft. Weiterhin kann die lichtführende Einrichtung nur eine Form, wie etwa erhabene Pyramiden oder mehrere Formen lichtstreuender Strukturen aufweisen. Der Lichtstreubereich kann alternativ oder zusätzlich auch lichtstreuende Strukturen im Innenbereich 31 aufweisen.

13A zeigt in Explosionsdarstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leuchtelements 1 mit Kopplungselement 23. Die OLED 5 weist eine quadratische Form auf und ist mittels des Kopplungselements 23 aus transparentem Material an eine runde Lichteintrittsfläche 91 der zylinderförmigen lichtführenden Einrichtung 3 gekoppelt. Das Kopplungselement 23 weist zwei Kopplungsflächen 25 und 27 auf, wobei die Kopplungsfläche 25 entsprechend der Lichteintrittsfläche 91 rund und die Kopplungsfläche 27 entsprechend der Form der Lichtaustrittsfläche der OLED 5 quadratisch geformt ist. Die Lichteintrittsfläche 91 ist bei dieser Ausführungsform kleiner als die Lichtaustrittsfläche der OLED 5. Durch das Kopplungselement 23 wird in diesem Fall dementsprechend das Licht einer großflächigen OLED in eine lichtführende Einrichtung 3 mit kleinerem Querschnitt senkrecht zur Lichtführungsrichtung 17 eingekoppelt. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine höhere Leuchtdichte entlang der lichtführenden Einrichtung 3 erreicht.

13B zeigt in Querschnittansicht eine weitere Ausführungsform eines Leuchtelements mit Kopplungselement 23. Bei dieser Ausführungsform weist das Kopplungselement 23 drei Kopplungsflächen 25, 27 und 29 auf. Die Kopplungsfläche 25 ist wie bei der anhand von 13A beschriebenen Ausführungsform mit der Lichteintrittsfläche 91 der lichtführenden Einrichtung 3 gekoppelt.

Mit den beiden anderen Kopplungsflächen 27 und 29 ist jeweils eine OLED 60, beziehungsweise 61 gekoppelt, so daß Licht mehrerer OLEDs 60, 61 über das Kopplungselement 23 in die lichtführende Einrichtung 3 eingekoppelt werden kann, um die Leuchtkraft zu erhöhen. Auch kann das Kopplungselement 23 dazu dienen, verschiedenfarbig leuchtende OLEDs mit der lichtführenden Einrichtung zu koppeln.

Weitere Flächen des Kopplungselements, die keine Kopplungsflächen sind, weisen bei dieser Ausführungsform noch eine Reflexionsschicht 13 auf. Bei dieser Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leuchtelements ist außerdem ein an die Lichteintrittsfläche 91 angrenzender Abschnitt der lichtführenden Einrichtung 3 ebenfalls mit einer Reflexionsschicht 13 versehen und weist keine lichtstreuenden Strukturen auf. Die Lichteintrittsfläche 91 ist ferner an einer Kantenfläche 41 angeordnet.

Der Lichtstreubereich 7 beginnt entlang der Lichtführungsrichtung 17 dementsprechend hinter diesem ersten Abschnitt. Dies kann beispielsweise für einen verdeckten Einbau der Einheit aus Kopplungselement 23 und OLEDs 60, 61 nützlich sein, wobei nur der Lichtstreubereich 7 sichtbar ist und die anderen Bestandteile des Leuchtelements 1 hinter einer Abdeckung angeordnet sind.

In 13C ist noch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leuchtelements 1 mit Kopplungselement 23 gezeigt. Im Unterschied zu der in 13A dargestellten Ausführungsform ist bei der in 13C gezeigten Ausführungsform die mit der OLED 5 verbundene Kopplungsfläche 27 kleiner als die mit der Lichteintrittsfläche 91 gekoppelte Kopplungsfläche 25. Das Kopplungselement 23 wirkt dementsprechend bei der in 13C gezeigten Ausführungsform als Verteiler für das von der OLED 5 emittierte Licht. Mit dem Kopplungselement 23 kann hier das Licht gleichmäßig auf eine Lichteintrittsfläche verteilt werden, die größer als die Leuchtfläche der OLED 5 ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist außerdem, ähnlich wie bei dem in 13B dargestellten Leuchtelement ein erster, sich an die Lichteintrittsfläche 91 anschließender Abschnitt der lichtführenden Einrichtung 3 mit einer Reflexionsschicht 13 versehen, wobei der Lichtstreubereich 7 mit lichtstreuenden Strukturen 11 sich in Richtung entlang der Lichtführungsrichtung an diesen Abschnitt anschließt.

14 zeigt eine Ausführungsform eines Leuchtelements 1 mit ringförmiger lichtführender Einrichtung 3. Die lichtführende Einrichtung 3 bildet dabei einen offenen Ring mit zwei Stirnflächen, die als Lichteintrittsflächen 91, 92 für zwei jeweils mit einer der Lichteintrittsflächen 91, 92 gekoppelte OLEDs 60, beziehungsweise 61 dienen. Bei geeigneter Verteilung der lichtstreuenden Strukturen 11 kann mit einer derartigen Anordnung eine gleichmäßig leuchtende ringförmige Leuchte geschaffen werden. Anders als in 14 gezeigt, kann die lichtführende Einrichtung 3 auch die Gestalt eines geschlossenen Rings aufweisen, wobei eine oder mehrere OLEDs dann mit Lichteintrittsflächen auf der Ringoberfläche gekoppelt werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der 1 bis 14 weist der Lichtstreubereich 7 eine Lichtaustrittsfläche auf, die größer ist als die Lichteintrittsfläche der lichtführenden Einrichtung 3. Bei den in 15A und 15B in Querschnittansicht dargestellten Leuchtelementen 1 ist demgegenüber die Lichtaustrittsfläche 6 kleiner als die Lichteintrittsfläche 91. Die lichtführende Einrichtung 3 umfaßt bei diesen Ausführungsformen eine lichtführende Platte, wobei eine oder mehrere der Kantenflächen die Lichtaustrittsfläche 6 bilden. Eine der Seiten der Platte bildet die Lichteintrittsfläche 91, mit welcher die OLED 5 gekoppelt ist. Um einen Lichtaustritt an anderen Flächen als der Lichtaustrittsfläche 6 zu vermeiden und das Licht in der lichtführenden Einrichtung zu leiten, sind diese Flächen mit einer Reflexionsschicht 13 versehen.

Dadurch, daß die Lichtaustrittsfläche kleiner als die Lichteintrittsfläche ist, wird eine Konzentration des an der Lichteintrittsfläche eintretenden Lichts an der Lichtaustrittsfläche und damit eine Erhöhung der Leuchtkraft erreicht.

Die beiden in den 15A und 15B gezeigten Ausführungsformen unterscheiden sich hinsichtlich der Anordnung der lichtstreuenden Strukturen. Bei der in 15A dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die lichtstreuenden Strukturen 11 an oder auf der Lichtaustrittsseite 6 angeordnet. Bei dem in 15B gezeigten Leuchtelement 1 sind die lichtstreuenden Strukturen entlang zumindest eines Abschnitts der Platte im Innenbereich 31 angeordnet.

Mit derartigen Leuchtelementen können lichtstarke Leuchtstreifen oder Schlitzlampen hergestellt werden. Diese können beispielsweise, je nach Dicke der Platte der lichtführenden Einrichtung eine Breite im Bereich von ≤ 0,05 cm bis zu einigen Zentimetern aufweisen.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern vielmehr in vielfältiger Weise variiert werden kann. Insbesondere können auch die Merkmale der einzelnen beispielhaften Ausführungsformen auch miteinander kombiniert werden. Auch können die hier beschriebenen Leuchtelemente noch weitere Merkmale umfassen. Beispielsweise können der lichtführenden Einrichtung und/oder einem Substrat der OLED Farbstoffe zugesetzt werden, um den Farbeindruck des Leuchtelements zu verändern.

1: Leuchtelement
3: lichtführende Einrichtung
4: lichtführende Platte
5, 60, 61: OLED
6: Lichtaustrittsfläche
7: Lichtstreubereich
9: Lichteintrittsbereich
11: lichtstreuende Struktur
13: Reflexionsschicht
14: Gitter
15: Verklebung
17: Lichtführungsrichtung
19: Lichtstrahl
21: Gehäuse
23: Kopplungselement
25, 27: Kopplungsflächen
31: Innenbereich der lichtführenden Einrichtung 3
32: Wandung der lichtführenden Einrichtung 3
33: Fluid
41: Kantenfläche der lichtführenden Platte 4
42, 43: Seiten der lichtführenden Platte 4
51: Substrat der OLED 5
52: Elektrodenschicht
53: Elektrolumineszente Schicht
54: Transparente Elektrodenschicht
55, 56: OLED-Kontaktfläche
58, 59: Abschnitte von 55, 56
71: Oberfläche des Lichtstreubereichs 7
91, 92: Lichteintrittsfläche
111: aufgerauhter Oberflächenbereich
112: erhabene Pyramidenstruktur
113: vertiefte Pyramidenstruktur
114: konvexe Linse
115: konkave Linse
116: erhabenes Prisma
117: vertieftes Prisma
118: konvexe Zylinderlinse
119: konkave Zylinderlinse
120: Blaze-Gitter
121: Zweidimensionales Gitter
511: Kantenfläche des Glassubstrats
512: Frontfläche des Glassubstrats
L: Längsrichtung
Q: Querrichtung

Claims

Leuchtelement (1), mit einer lichtführenden Einrichtung (3), in welcher Licht insbesondere durch Reflexion geführt wird, wobei die lichtführende Einrichtung (3) zumindest einen Lichtstreubereich (7) welcher zumindest eine lichtstreuende Struktur (11) aufweist und/oder bei welchem lichtstreuende Strukturen (11), insbesondere an der Oberfläche (71) des Lichtstreubereichs (7), aufbringbar sind, und zumindest eine Lichteintrittsfläche (91) umfaßt, und wobei zumindest eine OLED (5) mit der Lichteintrittsfläche (91) gekoppelt ist.
Leuchtelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtführende Einrichtung (3) ein transparentes Material umfaßt.
Leuchtelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Material Glas und/oder beschichtetes Glas und/oder Glas-Kunststoff-Laminat und/oder Kunststoff und/oder ein Fluid (33) umfaßt.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtführende Einrichtung (3) eine lichtführende Platte (4) umfaßt.
Leuchtelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche (91) an einer Kantenfläche (41) der lichtführenden Platte (4) angeordnet ist.
Leuchtelement nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche (91) an eine Kantenfläche (41) der Platte (4) angrenzt.
Leuchtelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die lichtführende Einrichtung (3) eine langgestreckte, beispielsweise zylindrische oder prismatische Form aufweist.
Leuchtelement gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche (91) zumindest eine Stirnfläche oder zumindest eine Fläche an einer der Enden der lichtführenden Einrichtung (3) umfaßt.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche (91) auf mindestens einer Seite (42, 43) der lichtführenden Platte (4) angeordnet ist.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die OLED ein transparentes Substrat (51) umfaßt, welches mit der Lichteintrittsfläche (91) der lichtführenden Einrichtung (3) gekoppelt ist.
Leuchtelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Glassubstrat (51) plattenförmig ist und mit einer Kantenfläche (511) oder der Frontfläche (512) an die lichtführende Einrichtung (3) angekoppelt ist.
Leuchtelement gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (51) der OLED flexibel ist.
Leuchtelement gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Polymer, Dünnstglas oder ein Dünnstglas-Polymer-Verbund umfaßt.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten der OLED (5) direkt auf die Lichteintrittsfläche (91) der lichtführenden Einrichtung (3) aufgebracht sind.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichteintrittsbereich (9), welcher die Lichteintrittsfläche (91) umfaßt und/oder die OLED (5) zumindest eine spiegelnde Reflexionsfläche (13) und/oder ein optisches Gitter (14), insbesondere ein Blaze-Gitter aufweist.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die OLED (5) von streifenförmiger Gestalt ist.
Leuchtelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die OLED Kontaktflächen (55, 56) aufweist, die sich entlang der Längsrichtung der OLED (5) erstrecken.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die OLED (5) durch eine transparente Verklebung (15), insbesondere mit einer brechwertangepaßten transparenten Verklebung mit der lichtführenden Einrichtung (3) gekoppelt ist.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche (91) schräg zur Lichtführungsrichtung (17) angeordnet ist.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche (91) gekrümmt ist.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtstreuende Struktur (11) im Innenbereich (31) der lichtführenden Einrichtung angeordnet ist.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die lichtstreuende Struktur (11) einen aufgerauhten Oberflächenbereich (111) umfaßt.
Leuchtelement nach Anspruch 22, wobei die Rauhigkeit entlang der Lichtführungsrichtung (17) zunimmt.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtstreuende Struktur (11) farbig ist.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtstreuende Struktur (11) eine erhabene Pyramidenstruktur (112) und/oder eine vertiefte Pyramidenstruktur (113) und/oder eine konvexe Linse (114) und/oder eine konkave Linse (115) und/oder ein erhabenes Prisma (116) und/oder ein vertieftes Prisma (117) und/oder eine konvexe Zylinderlinse (118) und/oder eine konkave Zylinderlinse (119) umfaßt.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtstreuende Struktur (11) ein optisches Gitter (120, 121) umfaßt.
Leuchtelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehrere, mit Lichteintrittsflächen gekoppelte OLEDs.
Leuchtelement gemäß Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren OLEDs unterschiedlich farbiges Licht emittieren.
Leuchtelement gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die OLED weißes Licht emittiert.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstreubereich (7) eine Lichtaustrittsfläche (6) aufweist, die größer ist, als die Lichteintrittsfläche (91) der lichtführenden Einrichtung (3).
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die OLED (5, 60, 61) mit der Lichteintrittsfläche (91) über einen Kopplungselement (23) gekoppelt ist.
Leuchtelement gemäß Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß über das Kopplungselement (23) mehrere OLEDs (5, 60, 61) mit der Lichteintrittsfläche (91) gekoppelt sind.
Leuchtelement gemäß Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungselement (23) zumindest zwei unterschiedliche Kopplungsflächen (25, 27, 29) aufweist.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtführende Einrichtung eine ringförmig gebogene Form aufweist.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtführende Einrichtung eine Lichtaustrittsfläche (6) aufweist, welche zumindest eine Kantenfläche einer lichtführenden Platte umfaßt.
Leuchtelement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtführende Einrichtung eine zylindrische, halbzylindrische, röhrenförmige, kegelförmige oder prismatische Form aufweist.