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技術 フィードバック増強型発光ダイオードを使用した照明装置<関連出願の記載>本願は、2002年5月8日出願の米国仮出願第60/379,141号(その全部が引用により本文書に組み込まれている)の利益を主張する。本願は、2003年5月8日出願の「フィードバック増強型発光デバイス(FEEDBACKENHANCEDLIGHTEMITTINGDEVICE)」と称するの米国特許出願第号、および2003年5月8日出願の「フィードバック増強型照明ダイオードを使用したディスプレイデバイス(DISPLAYDEVICESUSINGFEEDBACKENHANCEDLIGHTINGDIODE)」と称するの米国特許出願第号(これら出願は、その全部が引用により本文書に組み込まれている)に関連している。

出願人 ゼオラックスコーポレーション
発明者 マグノ,ジョン,エヌコッホ,ゲーン,シー
出願日 2003年5月8日 (16年2ヶ月経過) 出願番号 2004-507294
公開日 2005年8月18日 (13年10ヶ月経過) 公開番号 2005-524965
状態 拒絶査定
技術分野 電場発光光源(EL) 他類に属しない非携帯用照明装置、その系 照明装置の配光に係わる部品細部及び防護 発光ダイオード エレクトロルミネッセンス光源 面状発光モジュール LED素子のパッケージ LED素子(パッケージ以外)
主要キーワード 伝導性構造体 前部ガラス 機能的表面 フィードバック素子 屈折率ミスマッチ 幾何学的形 位相スリップ 複合発光
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題・解決手段

フィードバック増強型発光性デバイスを用いた照明装置(200)が、開示されている。陰極(102)および陽極(104)の位置は、互換されてよい。このデバイスはまた、底部のフィードバック層に隣接して置かれた基板(106)を含んでいてよい。フィードバック(FE-LED)同士の間に配設された発光ダイオードは、この照明装置における発光素子として使用されてよい。発光素子は、配光素子に結合されてよい。一様態においては、発光ダイオードは、誘起発光ダイオード(FE-OLED)であってよい。

概要

背景

屋内および屋外照明を提供する従来の照明装置は、一般に、白熱電球蛍光ランプ、またはハロゲンランプを使用している。しかしながら、既存の照明装置は、寿命が短く、コストが高く、かつ(あるいは)、それらに関連する危険を有している。最近は、既存の照明装置の欠点のいくつかを克服するため、発光ダイオードLED)ランプを使用して一般照明を提供している。
発見できず

概要

フィードバック増強型発光性デバイスを用いた照明装置(200)が、開示されている。陰極(102)および陽極(104)の位置は、互換されてよい。このデバイスはまた、底部のフィードバック層に隣接して置かれた基板(106)を含んでいてよい。フィードバック(FE-LED)同士の間に配設された発光ダイオードは、この照明装置における発光素子として使用されてよい。発光素子は、配光素子に結合されてよい。一様態においては、発光ダイオードは、誘起発光ダイオード(FE-OLED)であってよい。

目的

しかしながら、LED操作型ランプにおいても、光の大部分が吸収され、あるいは、熱として損失され、光として提供することができるエネルギーのかなりの部分が浪費されている。したがって、エネルギーの損失を排除し、あるいは、低減し、かつ、照明をより効率的に提供することができるより効率的な照明装置を有することが望ましい。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

照明装置において、光源であって、少なくとも:光を受け取り、かつ、反射するよう設計された第一のフィードバック層と、第一のフィードバック層の上に形成された第一の電極と、第一の電極の上に形成された一つまたはそれ以上の半導体層であって、該一つまたはそれ以上の半導体層のうちの少なくとも一つは、発光性材料を含む半導体層と、上記一つまたはそれ以上の半導体層の上に配設された第二の電極と、第二の電極の上に配設された、光を受け取り、かつ、反射するよう設計された第二のフィードバック層と、を含む光源と、第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の一方または両方に隣接して配設され、かつ、そこから放出された光を配光するよう設計された配光素子と、を含むことを特徴とする照明装置。

請求項2

少なくとも一つの開口を有するハウジングと、該ハウジング内に装着され、かつ、実質的に上記開口の方向に光を放出するよう配設された光源と、上記開口に向かって光を配光するために、上記ハウジング内に装着され、かつ、上記光源と上記開口との間に配設された配光素子と、をさらに含む請求項1に記載の装置。

請求項3

配光素子は、光源に取り付けられることとする請求項1に記載の装置。

請求項4

配光素子は、光源にじかに隣接して設置されることとする請求項1に記載の装置。

請求項5

配光素子は、光発散スクリーンを含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項6

光発散スクリーンは、複数のテーパー付きライトガイドを含むこととする請求項5に記載の装置。

請求項7

ハウジング内の開口と配光素子との間に装着されている第二の配光素子をさらに含むこととする請求項2に記載の装置。

請求項8

第二の配光素子は、ハウジングの開口を覆うよう装着されることとする請求項7に記載の装置。

請求項9

配光素子は、光源から放出された光を拡散するためのディフューザを含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項10

光源および配光素子は、実質的に平坦かつ細長成形されることとする請求項1に記載の装置。

請求項11

光源および配光素子は、互いに直接的に結合されることとする請求項1に記載の装置。

請求項12

装置は、壁または天井あるいはその両方に取り付けられるよう設計されることとする請求項1に記載の装置。

請求項13

装置は、複数の配光素子を含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項14

第一のフィードバック層または第二のフィードバック層あるいは第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の両方は、フォトニック結晶構造を有する少なくとも一つの層を含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項15

第一のフィードバック層または第二のフィードバック層あるいは第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の両方は、少なくとも一つのホログラフィック記録材料層を含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項16

第一のフィードバック層または第二のフィードバック層あるいは第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の両方は、平面波干渉パターンを有する少なくとも一つの材料層を含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項17

第一のフィードバック層または第二のフィードバック層あるいは第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の両方は、異なる波長の光に対応する平面波干渉パターンを有する少なくとも一つの材料層を含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項18

各波長の光に対応する平面波干渉パターンは、それぞれ、材料層の平面内の個別の幾何学的に成形されたドメインまたは領域に閉じ込められることとする請求項17に記載の装置。

請求項19

幾何学的に成形された領域は、平行なストライプを含むこととする請求項18に記載の装置。

請求項20

第一のフィードバック材料層内の個別の幾何学的に成形されたドメインまたは領域は、ほぼ同じ幾何学的形状を有し、かつ、第二のフィードバック材料層の平面内のほぼ同じ場所を占有することとする請求項18に記載の装置。

請求項21

フィードバック材料層のうちの一つまたはそれ以上は、少なくとも一つのホログラフィック記録材料層を含むこととする請求項17に記載の装置。

請求項22

フィードバック材料層のうちの一つまたはそれ以上は、少なくとも一つのフォトニック結晶材料層を含むこととする請求項17に記載の装置。

請求項23

フィードバック材料層のうちの一つまたはそれ以上は、少なくとも一つのホログラフィック記録材料層を含むこととする請求項16に記載の装置。

請求項24

フィードバック材料層のうちの一つまたはそれ以上は、少なくとも一つのフォトニック結晶材料層を含むこととする請求項16に記載の装置。

請求項25

発光性材料層は、該発光性材料の平面内の幾何学的に成形されたドメインまたは領域に、それぞれが個別にパターン形成された二つまたはそれ以上の発光性材料を含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項26

発光性材料の平面内の幾何学的に成形されたドメインまたは領域は、第一のフィードバック層または第二のフィードバック層あるいは第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の両方と、ほぼ同じ形状を有しており、上記平面内のほぼ同じ場所を占有することとする請求項25に記載の装置。

請求項27

発光性材料のそれぞれは、第一のフィードバック層または第二のフィードバック層あるいは第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の両方における対応するドメインまたは領域内の干渉パターン反射帯と実質的に重複するスペクトル発光帯を有することとする請求項26に記載の装置。

請求項28

発光性材料のうちの一つまたはそれ以上は、異なる波長の光に対応する平面波干渉パターンを有する第一のフィードバック層または第二のフィードバック層あるいは第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の両方におけるドメインまたは領域に対応して設置された発光性材料のドメインまたは領域内に使用することができる広いスペクトル帯発光を有することとする請求項27に記載の装置。

請求項29

第一のフィードバック層と第二のフィードバック層との間の距離は、放出された光の約1半波長オーダーであることとする請求項1に記載の装置。

請求項30

第一のフィードバック層と第二のフィードバック層との間の距離は、放出された光の約2半波長またはそれ以上のオーダーであることとする請求項1に記載の装置。

請求項31

配光素子は、光源と不可分であることとする請求項1に記載の装置。

請求項32

発光性材料は、そのスペクトル発光帯が第一のフィードバック層および第二のフィードバック層の反射帯と重複するエレクトロルミネセント材料を含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項33

第一および第二の電極、並びに、一つまたはそれ以上の半導体層は、第一のフィードバック層および第二のフィードバック層によって形成された連続フォトニック結晶内欠陥内に形成されることとする請求項1に記載の装置。

請求項34

欠陥は、放出された光の1波長未満のフォトニック結晶空間位相における位相スリップを含むこととする請求項33に記載の装置。

請求項35

発光性材料層から放出された光は、欠陥モード内に放射されることとする請求項33に記載の装置。

請求項36

第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の両方は、それらのスペクトル反射帯のピーク波長では、光を透過せず、かつ、発光性材料は、バンド端レーザーモードに光を放射することとする請求項1に記載の装置。

請求項37

光源は、第一のフィードバック層と一つまたはそれ以上の半導体層との間に配設された正孔注入層をさらに含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項38

光源は、第二のフィードバック層と一つまたはそれ以上の半導体層との間に配設された電子注入層をさらに含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項39

光源は、正孔注入層と一つまたはそれ以上の半導体層との間に配設された正孔輸送層をさらに含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項40

光源は、電子注入層と一つまたはそれ以上の半導体層との間に配設された電子輸送層をさらに含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項41

フォトニック結晶構造は、一次元、二次元、または三次元のフォトニック結晶構造あるいはそれらの組合せを含むこととする請求項14に記載の装置。

請求項42

第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の一方または両方は、それぞれのフィードバック層の平面に対して直角または実質的に直角な軸に沿って、少なくとも部分的に周期的に変化する屈折率プロファイルを有していることとする請求項1に記載の装置。

請求項43

周期的に変化する屈折率プロファイルを有する第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の一方または両方は、少なくとも部分的に連続的に変化する屈折率プロファイルを有していることとする請求項42に記載の装置。

請求項44

第一のフィードバック層と第二のフィードバック層との間の距離は、これらフィードバック層間の空間が、そこにおいて一つまたはそれ以上の所望の波長の光が強めあうように干渉する空洞を構成するような距離であることとする請求項1に記載の装置。

請求項45

第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の一方または両方によって反射された光は、一つまたはそれ以上の発光性材料層からの光の放出を誘導することとする請求項1に記載の装置。

請求項46

光の誘導放出の結果、デバイスによって放出された光の実質的な視準が生じることとする請求項45に記載の装置。

請求項47

光の誘導放出の結果、レーザー作用が生じることとする請求項45に記載の装置。

請求項48

フォトニック結晶構造は、一次元、二次元、または三次元のフォトニック結晶構造あるいはそれらの組合せを含むこととする請求項33に記載の装置。

請求項49

発光性材料は、純粋材料、固溶体合金、または不均質混合物、あるいはそれらの組合せを含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項50

発光性材料は、ポリマー発光性材料を含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項51

発光性材料は、架橋有機発光性材料を含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項52

発光性材料は、小分子の分子量からポリマーの分子量までの分子量範囲を有する分子を含む発光性材料を含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項53

発光性材料は、ポリマーホストに溶解された小分子発光性材料を含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項54

発光性材料は、蛍光材料を含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項55

発光性材料は、燐光性材料を含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項56

発光性材料は、有機および無機複合発光性材料を含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項57

発光性材料は、無機発光性材料を含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項58

発光性材料は、液晶材料を含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項59

配光素子は、光発散スクリーンを含むこととする請求項2に記載の装置。

請求項60

光発散スクリーンは、複数のテーパー付きライトガイドを含むこととする請求項59に記載の装置。

請求項61

デバイスによって放出された光のすべては、シングル伝播モードを占有することとする請求項1に記載の装置。

請求項62

第一のフィードバック層と第二のフィードバック層との間の間隔は、λを、シングル光伝播モード内の光の波長とするとき、反射による位相のずれを除いてλ/2に相当することとする請求項61に記載の装置。

請求項63

デバイスによって放出された光は、二つまたはそれ以上の光伝播モードを占有することとする請求項1に記載の装置。

請求項64

第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の一方または両方は、重畳された多数の周期的に変化する空間周波数を有する屈折率プロファイルを含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項65

その上に第一のフィードバック層が配設される基板をさらに含むこととする請求項1に記載の装置。

請求項66

基板は、ガラス基板を含むこととする請求項65に記載の装置。

請求項67

基板は、軟質プラスチック基板、金属基板半導体材料のうちの一つまたはそれ以上を含むこととする請求項65に記載の装置。

技術分野

0001

本願は、フィードバック増強型発光ダイオードを使用した照明装置に関する。

背景技術

0002

屋内および屋外照明を提供する従来の照明装置は、一般に、白熱電球蛍光ランプ、またはハロゲンランプを使用している。しかしながら、既存の照明装置は、寿命が短く、コストが高く、かつ(あるいは)、それらに関連する危険を有している。最近は、既存の照明装置の欠点のいくつかを克服するため、発光ダイオードLED)ランプを使用して一般照明を提供している。
発見できず

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、LED操作型ランプにおいても、光の大部分が吸収され、あるいは、熱として損失され、光として提供することができるエネルギーのかなりの部分が浪費されている。したがって、エネルギーの損失を排除し、あるいは、低減し、かつ、照明をより効率的に提供することができるより効率的な照明装置を有することが望ましい。

課題を解決するための手段

0004

フィードバック増強型発光性デバイスを使用した照明装置が提供されている。一態様における照明装置は、二つのフィードバック層の間に配設された少なくとも一つの発光性材料層を含む光源を含んでいる。二つのフィードバック層のうちの少なくとも一つは、周期的に変化する屈折率プロファイルを有している。

0005

光源は、少なくとも一つの開口を有するハウジング内に装着されていてよい。光源から放出された光を開口に向かって配光するために、配光素子が、ハウジング内に装着され、かつ、光源と開口との間に配設されていてよい。別の態様では、前方ディフューザなどの第二の配光素子が、ハウジング内の開口と配光素子との間に装着されていてよい。さらに別の態様では、第二の配光素子は、ハウジングの開口を覆うよう装着されていてよい。

0006

一態様では、これらフィードバック層の一方または両方は、少なくとも一つのホログラフィック記録材料層を含んでいる。ホログラフィック記録材料層は、材料内にパターン形成された平面波干渉パターンを含んでいてよい。別の態様では、二つのフィードバック層の一方または両方は、異なる波長の光に対応する複数の平面波干渉パターンを有するホログラフィック記録材料を含んでいてよい。

0007

別の態様では、照明装置は、二つのフィードバック層の間に配設された少なくとも一つの発光材料層を含んでいてよい。発光材料は、有機材料であってよい。二つのフィードバック層のうちの少なくとも一つは、周期的に変化する屈折率プロファイルを有している。
発光層から放出された光を拡散するために、光発散スクリーンまたはディフューザなどの配光素子が、光源に取り付けられていてよい。一態様では、これらフィードバック層の一方または両方は、少なくとも一つのホログラフィック記録材料層を含んでいる。ホログラフィック記録材料層は、材料上にパターン形成された平面波干渉パターンを含んでいてよい。別の態様では、二つのフィードバック層の一方または両方は、異なる波長の光に対応する複数の平面波干渉パターンを有するホログラフィック記録材料を含んでいてよい。

発明を実施するための最良の形態

0008

さまざまな実施形態の構造および動作に加えて、さらなる特徴を、以下、添付の図面を参照して、詳細に説明する。

0009

図面では、同様の参照番号は、同一または機能的に同様の要素を示す。

0010

フィードバック増強型発光ダイオードを使用したランプなどの照明装置が、開示されている。本願では、発光性材料、発光材料、およびエミッター材料という術語は、可換的に使用され、かつ、発光特性を有する材料を指す。フィードバック増強型発光ダイオードの構造および動作は、「フィードバック増強型発光デバイス(FEEDBACKENHANCED LIGHTEMITTING DEVICE)」と称する同時係属の米国特許出願第 号に完全に開示されている。例えば、図1および図2は、本開示の照明装置に使用してよいフィードバック増強型発光ダイオードを示す。

0011

図1は、一実施形態における本開示の照明装置に使用してよい発光デバイスを示す。デバイス1は、発光層2およびフィードバック素子4を含んでいる。フィードバック素子4は、一部の光がフィードバック素子4を通して伝送されるのを可能にする周期的屈折率変化を有する層であってよい。別の態様では、フィードバック素子4は、周期的かつ連続的な屈折率変化を有する層であってよい。周期的かつ連続的な屈折率変化を有するフィードバック素子層が、「フィードバック増強型発光デバイス(FEEDBACKENHANCED LIGHTEMITTING DEVICE)」と称する同時係属の米国特許出願第 号に、詳細に記述されている。

0012

発光層が二つのフィードバック素子4と6との間にあるよう、第二のフィードバック素子6が含まれていてもよい。第二のフィードバック素子6は、一部の光が第二のフィードバック素子6を通して伝送されるのを可能にしてもよく、あるいは、それに入射した光を実質的に反射してもよい。一実施形態では、第二のフィードバック素子6として、周期的屈折率変化を有する構造体平面鏡分布ブラッグリフレクター(DBR)、または別のリフレクターを使用してよい。発光層2は、有機材料を含んでいてよい。発光層2は、有機発光ダイオードであってもよい。

0013

一態様におけるフィードバック増強型発光ダイオードは、フィードバック層と発光層との間にある透明なバッファ層、ディフューザ、陽極陰極または他の素子など、他の素子を含んでいてもよい。図2は、追加の素子を有する発光デバイス200を示す。例えば、発光層2と上部フィードバック層4および下部フィードバック層6との間に、それぞれ、陰極102と陽極104などの一対の電極を配置してよい。

0014

陰極102は、それが電子を発光層2に注入できるよう、発光層2に隣接する低仕事関数面を有する透明な伝導性構造体を含んでいてよい。一態様では、陰極102が所望の透明度を有するよう、二層陰極を設けてよい。二層陰極は、金属が本質的に透明であるような非常に薄い(例えば、5ナノメートル(nm)の)金属陰極を含んでいてよい。十分高い伝導性を与えて、低インピーダンスデバイスとするためには、この金属を、次いで、例えば、フィードバック層側で、インジウムスズ酸化物(ITO)などの透明な導体で裏
打ちしてよい。陽極104は、それが正孔を発光層2に注入できるように、高仕事関数を有するよう選ばれた透明な伝導性材料を含んでいてよい。

0015

発光層2は、そのスペクトル発光帯が、上部フィードバック層4および下部フィードバック層6の反射帯重複する有機エレクトロルミネセント材料を含んでいてよい。一態様では、発光層2は、蛍光性または燐光性の発光材料、GaAs、AlGaAs、またはInGaNなどの発光無機半導体材料であってもよい。

0016

上部フィードバック層4および(または)下部フィードバック層6は、周期的に変化する屈折率を有する非光吸収材料を含んでいてよい。上部フィードバック層4および下部フィードバック層6は、「光出力」110と表示された軸に沿って伝播する与えられた波長帯の光を反射するフォトニック結晶として作用してよい。

0017

層に対して直角な軸に沿ってフィードバック層材料に進入する光は、屈折率振動の一つのサイクルを通過するたびに、小さい反射を受ける。フィードバック素子が十分に厚い場合、フィードバック素子は、共振波長2d(ここで、dは、屈折率の空間振動のピッチである)で、ほぼ完璧なリフレクターとして作用することができる。

0018

一態様におけるフィードバック層は、所望の発光波長ピーク反射率を有する平面波ホログラムから作製されている。一態様では、図2に示したデバイス200は、反転してよい。すなわち、陰極102と陽極104の位置を、交換してよい。

0019

このデバイスは、下部フィードバック層6に隣接して配置された基板106を含んでいてもよい。基板106は、その上にこのデバイスを造ることができる層として使用される。一態様では、基板106は、透明な材料を含んでいてよい。一態様では、カバー108として機能させるため、このデバイスの上に材料を塗布してよい。カバー108は、例えば、周囲の水および酸素が入らないよう気密封止する、あるいは、別様に、化学的または他の劣化からデバイス700を保護する機能を果たす。

0020

このデバイスの他の構成要素は、陽極104と発光層2との間に正孔輸送層を含んでいてよい。正孔輸送層は、発光層2でより多くの電子/正孔再結合が生じるのを可能にするために使用してよい。例えば、電子移動度正孔移動度との間に不均衡を有する発光層(通常、正孔移動度が低い)においては、電子/正孔再結合は陽極で生じる傾向がある。同様に、直接的な陽極/エミッター界面を有するデバイスは、多くのトラップ、すなわち、エミッターの無放射励起が生じる部位がエミッター/陽極界面に存在するので、非効率な傾向がある。例えば、高い正孔移動度を有する正孔輸送層の使用は、陽極で生じる電子/正孔再結合の問題を最小限に抑える。正孔輸送層は、陽極104の正孔伝導帯と発光層2の正孔伝導帯との間の中間の正孔伝導帯を有するよう選び、そのようにして、陽極からエミッター内へのより効率的な正孔注入をもたしてよい。

0021

陽極104と正孔輸送層との間には、正孔注入層を設けてもよい。例えば、このデバイスへの非効率な正孔注入につながる可能性がある不鮮明なバンド構造を有するインジウム−スズ酸化物(ITO)などの陽極材料が使用される場合、ITOと正孔輸送材料との間の中間のエネルギー準位を有するバンド構造をより良く画定するために、銅フタロシアニンなどの正孔注入層を設けてよい。このように追加の正孔注入層を設ければ、正孔注入を補助し、かつ、より効率的なデバイスにすることができる。

0022

別の実施形態では、バンドエネルギー差をさらになくすために、正孔注入層とエミッターとの間に追加の正孔輸送層を挿入してよい。エミッターに隣接する正孔輸送層が、その電子伝導帯をエミッターとほぼ同じエネルギー準位に有している場合、電子がエミッター
を「オーバーシュート」し、再結合がエミッターではなく輸送層で生じる可能性がある。このオーバーシュートは、高エネルギー電子伝導帯を有するが良好な正孔伝導を有する電子阻止層を、エミッターと輸送層との間に介在させることによって排除することができる。

0023

別の実施形態では、陰極102と発光層2との間に電子輸送層を設けてよい。電子輸送層は、正孔輸送層が正孔に対して実行するのと同様の機能を電子に対して実行する。正孔輸送層の場合と同様、バンドエネルギーマッチングを補助するために、追加の電子輸送層を追加してよい。

0024

別の実施形態では、陰極102と電子輸送層との間に電子注入層を設けてよい。理想的には、このデバイスに電子を注入してエネルギーが消費されないよう、陰極には、できるだけ低い仕事関数材料を使用することが望ましい。カルシウムなどの非常に低い仕事関数の金属を使用してよい。しかしながら、カルシウムは、非常に化学反応性が高く、かつ、湿気および酸素に対して非常に感受性が高い可能性がある。アルミニウムを使用してもよい。アルミニウムはより高い仕事関数を有しているが、フッ化リチウムまたはフッ化マグネシウムなどの材料の非常に薄い膜でアルミニウムをオーバーコートすると、バンドエネルギーミスマッチを除去するのを助ける「バンドの曲がり」効果が得られることが分かっている。

0025

別の実施形態では、エミッターからの正孔「オーバーシュート」を排除するために、エミッターと正孔輸送層との間に正孔阻止層を設けてよい。上述したキャリヤー輸送層キャリヤー注入層、およびキャリヤー阻止層は、従来のOLEDデバイスでも、一般に使用されている。したがって、これら素子のさらなる詳細は、ここでは記述しない。

0026

一実施形態では、デバイス200は、バッファ層(例えば、電極とフィードバック層との間に介在させた透明な誘電体)を含んでいてもよい。バッファ層が陰極102と上部フィードバック層4との間に配置されている場合、それは、特にその後の処理中、陰極と外部環境との間の気密障壁として作用することができる。バッファ層は、ギャップ内の光の弱めあう干渉が生じないよう、フィードバック層4とフィードバック層6との間に、ちょうどよいサイズのギャップももたらす。この機能を実現するため、フィードバック層と電極との間にバッファ層を挿入して、このデバイスの光学的厚さを調整してよい。バッファ層は、二つのフィードバック層内の屈折率プロファイル間の適正な位相関係を維持するのに使用してもよい。さらに、バッファ層は、これらフィードバック層間のギャップの厚さを調整し、それにより、ギャップ内で共振している光のモードの波長を同調させるのに使用してよい。

0027

図1および図2に示したデバイスは、他の場合なら、境界屈折率ミスマッチで生じるであろう全反射を実質的に低減し、あるいは、排除する。これは、このデバイス内部の光吸収損失の実質的な排除を通して、このデバイスから抽出される光の量をほぼ2倍にする。

0028

図1を再び参照すると、一態様では、発光層2のいずれかの側に設置されたフィードバック素子4、6は、共振空洞を形成している。フィードバック素子4、6は、発光層2の材料内に光を反射し、かつ、十分な光が発光層2内に反射されると、誘導放出が生じるのを可能にする。例えば、光子励起子との間の相互作用の数が、誘導放出の速度を調節する。したがって、共振空洞内に光を局在化させ、そのようにして高密度の光子を発光層2に生じさせることによって、非常に高速な誘導放出変換を生み出すことができる。

0029

一般に、誘起された誘導放出がない場合、比較的緩慢かつ純粋に統計学的なプロセスで
ある自然放出が、発光材料内の光発生プロセスを支配する。誘導放出への高速変換は、自然放出プロセスに、光に変換すべき励起状態エネルギーを、ほとんど、あるいは、まったく残さない。さらに緩慢なプロセスである無放射逆励起が、励起状態エネルギーを熱に変換する。したがって、熱生成のメカニズムは、誘導放出のメカニズムよりも数オーダー緩慢なので、誘導放出が、励起状態エネルギーの熱への変換を先取する。その結果、デバイス1の励起状態エネルギーは、熱ではなく、主として光に変換される。結果として生じる熱発生の低下で、デバイス内の温度低下が生じる可能性が有り、したがって、このデバイスの寿命が延び、かつ、効率が高くなる可能性がある。

0030

図3は、本開示の一実施形態によるランプ300を示す。ランプ300は、標準的な蛍光管ランプの代わりに使用してよい。ランプ300の電力変換効率の結果、電気使用量の低下および(または)より大きい照度が生じる。ランプ300は、フィードバック増強型発光ダイオード(FE−LED)またはフィードバック増強型有機発光ダイオード(FE−OLED)光源302、配光素子304、ハウジング306、および前方ディフューザなどの第二の配光素子308を含んでいる。FE−LEDまたはFE−OLED光源302は、例えば、蛍光照明に使用される取付具上に装着された既存の蛍光取付具を使用するよう構成されていてよい。配光素子304は、光源302とは個別に形成された配光スクリーンを有していてよく、あるいは、ランプ300を形成する構成要素の数を低減するため、光源302に統合されていてもよい。

0031

配光スクリーンの実施形態の構造および動作は、2002年12月16日出願の「イルミナントおよび方法(ILLUMINANTAND METHOD)」と称する同時係属の米国特許出願第10/319,631号(その開示全体が、引用により本文書に組み込まれている)に記述されている。例えば、図5は、本開示の一実施形態による光源/配光素子組合せの一例を示す。組合せイルミナント500は、フィードバック増強型LEDまたはOLED光源502、光発散部504、および非発光領域506内に設置された装飾的または機能的表面部を含んでいる。有機発光ダイオード光源は、注入材料508、後部ガラス510、後部フィードバック層512、前部フィードバック層514、有機発光ダイオード(OLED)516、陽極バス518、陰極バス520、および前部ガラス522を含んでいてよい。前部フィードバック層514および後部フィードバック層512は、有機発光ダイオード516内に増強された発光を誘導する共振空洞524を形成することができ、かつ、光線を実質的に視準状態にすることができる。光発散部504は、接着剤530で光発生部502に接着されていてよい。光源502からの光は、光発散部504に入射する。光発散部504は、光発生部502から受け取った光を小さいアパーチャ534に向けるテーパー付きライトガイド532を含んでいる。この光は、次いで、一定範囲の角度にわたって放出され、光が、視準され、あるいは、実質的に視準されている場合は、一定範囲の角度にわたって発散され、それにより、その一定範囲の角度にわたって視認することができ、かつ、その一定範囲の角度にわたって投光する光源となる。テーパー付きライトガイド532の構成は、米国特許番号第5,563,738号および第5,481,385号(その両方が、引用により本文書に組み込まれている)にさらに論じられている。領域506は、ライトガイド532の屈折率よりも低い屈折率を有する透明な材料538で満たされていてもよく、あるいは、着色されたまたは反射性の材料あるいは上記の組合せから構成されていてもよい。

0032

別の実施形態では、より良い光拡散のために、ランプ300内に二つの配光素子を使用してよい。ハウジング306は、ランプハウジング用の従来のデザインのものであってもよく、あるいは、他のいかなる適当なデザインのものであってもよい。前方ディフューザ308も、従来のデザインのものであってもよく、あるいは、他のいかなる適当なデザインのものであってもよい。上記のデザインのランプは、標準的な蛍光ランプの約2倍の発光効率および白熱ランプの約10倍の発光効率を有している。

0033

図4は、本開示の別の実施形態による建築用ランプを示す。建築用ランプ400は、FE−LEDまたはFE−OLED402の前部に直接的に結合されたスクリーンまたはディフューザ404を含んでいる。ランプ400は、美的に優れた照明をもたらすよう、壁、天井、床、または他の表面上に配置してよい。

0034

観察者の目がそれらを融合して、白色または他の所望の色の光を生み出すよう、異なる波長帯を放出する、それぞれ、二つ、三つ、四つ、またはそれ以上のフィードバック増強型OLEDまたはLEDデバイスが、小さい幾何ドメインパターンで同じ基板上に作製される場合、広帯域スペクトル分布を有するランプを生み出すことができる。例えば、三色の例では、FE−OLEDエミッターストライプは、VGAディスプレイ内の垂直なカラーストライプによく似た、反復する赤色/青色/緑色構成にパターン形成することができる。ランプ出力は、ストライプが十分に狭い場合、統合されたスペクトル出力が、各抽出において複合線のように見える、白色光として現れる。

0035

一実施形態では、これらフィードバック層の両方が、例えば、発光層について上述した赤色/青色/緑色構成に、パターン形成されている。この実施形態では、フィードバック層パターンに対応させるため、発光層を、異なる波長帯のエミッターを用いてパターン形成してもよい。例えば、比較的狭いバンドエミッターを用いた一実施形態では、フィードバック層のピッチを変更するたびに、発光帯と反射帯とが重複するよう、エミッターが変更される。

0036

第二の実施形態では、その発光帯が、二つまたはそれ以上のパターン形成された領域内で、フィードバック層の反射帯に重複するよう、広帯域エミッターを使用してよい。例えば、フィードバック層のピッチを、赤色と緑色について、それぞれ設定したパターン形成された領域において、一つのエミッターで赤色光緑色光の両方が得られる場合がある。この実施形態では、例えば、十分に広帯域なエミッターを使用する場合、発光層をパターン形成しなくても所望の効果が得られる場合がある。

0037

本開示による発光デバイスは、シングルモードデバイスまたはマルチモードデバイスのいずれであってもよい。シングルモードデバイスは、エミッターによって放出された光の波長と同程度の幅を有する共振空洞(フィードバック層間の距離)を有するデバイスを作製することによって生み出すことができ、一方、マルチモードデバイスは、エミッターによって放出された光の波長よりも少なくとも数倍大きい幅を有する共振空洞を有している。例えば、図5は、シングルモードFE−OLED802とマルチモードFE−OLED804の構造を対比している。シングルモードFE−OLED802は、約400nmの共振空洞幅、約0.5μmのモード間隔、および約1.5nmのスペクトル線幅を有するガラスパッケージの内部に、ホログラフィフィードバック層806、808を有している。

0038

マルチモードFE−OLED804は、このガラスパッケージの外部にホログラフィフィードバック層810、812を有している。例えば、フィードバック層間が1mm隔てられ、かつ、500nm波長光を使用する場合、約0.2nmのモード間隔が生じる。スペクトル線幅は、フィードバック層810、812の反射性帯域幅によって決まり、約100nmである。マルチモードデバイス804では、それらは、OLEDが組み立てられた後に塗布してよいので、ホログラムはより容易に製造することができる。

0039

別の実施形態では、マルチモードデバイスは、ガラスパッケージの内部にこれらフィードバック層を有していてもよく、あるいは、ガラスパッケージの内部に一つのフィードバック層およびガラスパッケージの外部に一つのフィードバック層を有していてもよい。発
光デバイスとフィードバック層との間の空間を満たし、それにより所望の共振空洞厚さを確定するために、比較的厚い透明なスペーサーを含む透明な空間を使用してよい。この手法の利点の一つは、空洞厚さを、デバイスパッケージング内の機械的考慮事項とは独立して確定することができ、かつ、視差の問題なしに画素化することができるマルチモードデバイスを得るのに使用することができることである。

0040

第一の近似値として、フィードバック層を有するシングルモードデバイスの理想的なデザインは、1半波長の、所望の出力光の、かつ、両方のフィードバック層内部表面で、同じ位相の周期的な屈折率変化を有する共振空洞厚さを有している。同じオーダーの他の厚さ、および他の位相関係を、使用してよい。

0041

本発明の別の実施形態は、「フィードバック増強型発光デバイス(FEEDBACKENHANCED LIGHTEMITTING DEVICE)」と称する同時係属の米国特許出願第 号に開示されているような欠陥モードFE−OLEDを使用してよい。

0042

本発明の別の実施形態は、「フィードバック増強型発光デバイス(FEEDBACKENHANCED LIGHTEMITTING DEVICE)」と称する同時係属の米国特許出願第 号に開示されているようなバンド端レーザー作用FE−OLEDを使用してよい。

0043

上述した実施形態は、説明的な例であって、本発明がこれら特定の実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。この技術に長けた人なら、添付のクレームに定義されているような発明の趣旨または範囲を逸脱することなしに、各種の変更および修正が実施可能である。

図面の簡単な説明

0044

一実施形態における本開示の照明装置に使用してよい発光デバイスを示す。
本開示の照明装置に使用される一実施形態におけるフィードバック増強型発光ダイオードを示す。
一実施形態によるライトを示す。
別の実施形態による建築用ランプを示す。
シングルモードFE−OLEDの構造とマルチモードFE−OLEDの構造との間の対比を示す。
一実施形態における配光器を示す。

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