CN101606250A

CN101606250A - 大面积发光二极管光源

Info

Publication number: CN101606250A
Application number: CNA2008800047265A
Authority: CN
Inventors: M·帕拉维亚; D·亨特
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips NV
Priority date: 2007-02-12
Filing date: 2008-02-08
Publication date: 2009-12-16
Also published as: EP2122709A2; WO2008099315A2; KR20090118976A; JP2010518573A; EP2122709B1; WO2008099315A3; KR101421415B1; RU2449423C2; DE602008002720D1; US8497626B2; US20100140598A1; TWI473263B; RU2009134193A; TW200903797A; ATE482478T1

Abstract

本发明涉及一种LED光源，其包括夹在两个电极层(2，4)之间的至少一层发光材料(3)，尤其是有机发光材料。电极层(2，4)中的至少一个被结构化以形成电极分段(5)的图案，每个电极分段(5)经由直接电连接(6)而与其最近的相邻电极分段(5)中的至少三个电接触，所述直接电连接被设计成用作电极分段(5)之间的电熔断器。本发明允许设计具有均匀的光密度而没有较大发光区域失效风险的大面积LED光源。

Description

大面积发光二极管光源

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(LED)光源，其包括夹在两个电极层之间的至少一层发光材料，特别是有机发光材料，其中至少一个电极层被结构化以形成电极分段(electrode segment)的图案。

背景技术

有机发光二极管(OLED)包括至少一层在施加外部电压时发射处于可见光光谱范围内的光的有机材料。该有机层也称为有源层，其被夹在两个电极层之间以便为光发射而施加必要的电压。这些电极层中的至少一层由导电材料形成，其对于由有源层发射的光波长而言是至少部分透明的。还已知的是在电极层和有源层之间布置一层或若干其它层。这些附加层例如可以用作电子或空穴传输层或注入层。这种OLED光源的构造类似于带有两个电极板之间的有源材料的平行板电容器。

存在对提供大面积LED光源的需要，其中有源层和电极层的横向延伸从几个厘米变化到超过一米。OLED光源中的有源层的厚度典型地为100nm或者甚至更低。由于这个厚度很小以及这些层所布置在其上的下面底部基板的粗糙度和不规则性，可能在两个电极层之间出现局部或小面积的电短路。这种电短路的其它原因是在这些电极之间施加太高的电压或者是层结构的老化。电短路所造成的泄漏电流抑制了把电子注入到有源层内以致该层在高达整个光源面积的大面积中停止发射光。短路的概率和数量与光源即有源层的几何面积成比例，这对于大面积OLED或LED光源而言尤其成问题。

US 6,870,196 B2公开了一种包括多组OLED分段的OLED光源，每组中的这些OLED分段被并联电连接而这些组被串联电连接。熔断器(fuse)与每个OLED分段串联连接以便响应于电短路而断开到OLED分段的电连接。由于该光源的OLED分段的串联/并联连接，所以电路短路的发生只会影响光源的一个分段即对应的OLED分段，而其余分段都保持不受影响并继续发射光。

发明内容

本发明的目的是提供一种发光二极管(LED)光源，该光源能够被设计成提供具有均匀光密度的大发光面积而没有由于电短路造成的较大区域失效的风险。

这个目的是通过根据权利要求1的LED光源来实现的。LED光源的有利实施例是从属权利要求的主题或者在用于实施本发明的以下描述和实施例中被描述。

所提出的LED光源包括至少一层发光材料，其夹在两个电极层之间并且在电极层之间施加超过阈值电压的电压时发射光。发光材料优选地为有机材料以提供有机发光二极管(OLED)光源。然而，还可以使用无机发光材料，尤其是适当的半导体材料。电极层中的至少一个被结构化以形成紧密间隔的电极分段的图案。术语紧密间隔意思是电极分段之间的间距小于电极分段在相应方向上的横向延伸。该图案的每个内电极分段经由直接电连接而与其最近的相邻电极分段中的至少三个电接触，这些直接电连接被设计成作为电极分段之间的电熔断器而运行，尤其具有比电极分段更高的电流密度。术语内电极分段在本文中意指不在由电极层的横向延伸所限定的区域边界处的电极分段。这样的边界电极分段可以具有小于三个的最近邻近体。因此，电极层中的至少一个被结构化以形成若干电极分段，这些电极分段被熔断器的网格所包围，所述熔断器具有比电极分段更高的电流密度。

因此所提出的LED光源包括夹在两个电极层之间连续的发光材料层、即有源层。然而如本领域已知的，可以在电极层和有源层之间布置其它层，如电子或空穴传输层或注入层。

电极层中的至少一个是对由有源层所发射的光的至少一个波长范围是至少部分透明的。这种导电材料的示例为ITO(铟锡氧化物)。而且这两个电极层均可以由这样的材料制成，从而能够使得通过LED光源的两个主表面发射所生成的光。

所提出的LED光源的层序列被优选地布置在基板上。这个底部基板还可以由对由有源层所发射的光的波长区域至少部分透明的材料制成。这个波长区域必须与基板和有源层之间的电极层对于其透明的波长区域至少部分地重合。这样的基板可以是刚性的、半刚性的或柔性的并且可以例如由具有适当透明度的玻璃或聚合物制成。在制造工艺期间，在基板的表面上沉积底电极层。然后发光材料层被沉积或生长在该电极层上，随后第二电极层被沉积在发光材料层上并且根据本发明被结构化。这些层的沉积能够用已知的沉积技术(如化学汽相沉积或溅射)来执行。电极层的图案化能够用已知的技术(如光刻结构化技术)来执行。然而，如喷墨印刷、丝网印刷以及其它的技术也是可能的。

对于所提出的LED光源，大面积光发射能够用发光层和电极层的相应的大的横向延伸来实现。由于对至少一个电极层进行图案化以及提供被设计成作为电极分段之间的电熔断器的相应电连接，所以局部电短路的发生只会影响发生短路的单独电极分段和相应的光源区域。随后，连接这个电极分段与其邻近体的电连接(在下文中还称为熔断器)断开以使得该短路与光源的其余区域电分离。换言之，在所提出的LED光源中，这些熔断器形成环绕电极分段的网格，于是该网络在发生短路的分段周围被局部破坏。局部短路因此与光源的其余部分分离以使得其余网格保持电导通以进行未受干扰的光发射。因为每个熔断器能够以这样的方式进行设计：使得熔断器电阻不高于分段电阻-例如通过选择方形形状的熔断器分段，流过整个LED或OLED的电流的变化几乎未被改变。这意味着即使利用优选的方形形状的熔断器分段，LED或OLED的光输出在视觉上也是未改变的。由于提供这些熔断器，所以当发生局部短路时光源自行恢复。

在光源的优选实施例中，电连接或熔断器由电极层自身形成，该电极层优选为阴极层并且具有方形形状的形式。进一步的可能性是结构化电极层以在电极分段之间形成较低厚度的区域。

熔断器的主要特性是，与电极分段中的电流密度相比在这些电连接中的电流密度更高。由于这个更高的电流密度，所以在电短路的情况下这些电连接或熔断器由于温度上升和/或电迁移而自动被破坏或断开。电迁移描述由高电流密度所引起的金属中的大量输送(masstransport)。通过实验工作可知，金属条中的大量输送与A*J²*exp(-Ea/k*T)成比例，其中A是与金属条的横截面有关的常数，J是电流密度，Ea是活化能(单位eV)，k是波尔兹曼常数，且T是温度。还已知，例如铝中的显著电迁移发生在数百kA/cm²的电流密度时。从上面公式可以看出，电迁移因更高温度而被加速。

本发明的中心思想之一是使用短路期间熔断器横截面面积内的过量电流密度的效应以通过加热和/或电迁移而破坏熔断器链路本身。在正常工作期间电流密度应当是低若干个量级。

熔断器还可以由除了电极层之外的其它材料形成。然而，通过结构化该电极层来形成这些熔断器具有显著的优点：整个LED光源能够以用于制造这种光源的标准工艺来制造，其中电极层中的仅一个或两个被另外结构化。

电极分段的几何形式和这些电极分段之间的间距不限于特定形式或范围。该图案可以是对称的或非对称的、周期性的或非周期性的。优选地，电极分段具有由至少n(其中n＞＝3)条直边组成的几何形式，其中这些分段然后被布置成具有n个最近的邻近体，这些分段通过熔断器而电连接到所述最近的邻近体。于是几何形式可以为例如三角形、矩形或六边形。优选地，电极分段在图案中是等距隔开的。

在进一步的实施例中，漫射器元件附着到光源的一侧或两侧(发光侧)。利用这样的漫射器元件，从发光区的若干位置发射的光被混合，以致由于短路而未发射的小区域不会或几乎不会被肉眼看到。

发光层、即有源层的厚度优选地为大约100nm或更小。该层可以由已知的有机材料制成。这样的材料是电发光的小有机分子或有机-金属性分子或共轭聚合物、共聚物或其混合物，或者甚至是从受激单重态或三重态或者这两者发光的聚合物粘合剂中的小分子分散体，由此通过从电极注入到层内的正负电荷载流子的复合来建立激发。

所提出的LED光源可以用于所有照明应用，用LED光源可获得的照明度足够用于这些应用，尤其是需要大面积光源的照明应用。例如在US 6,870,196 B2中描述了对于根据本发明的LED光源的照明应用的示例，该专利已经被描述在本说明书的背景部分中。

通过参照下文中描述的实施例，本发明的这些及其他方面将变得显然并被阐明。

附图说明

在下面通过示例方式结合附图来描述所提出的LED光源而不限制由权利要求所限定的保护范围。这些图示出：

图1所提出的LED光源的示例性层序列的部分截面图；

图2根据本发明的OLED的第一示例的顶视图；

图3现有技术的OLED的顶视图；

图4图2的OLED的中心分段A的模型；

图5图3的OLED的中心分段A的模型；

图6所计算的不带熔断器的阴极分段中的水平电流密度(现有技术)；

图7所计算的带有熔断器的阴极分段中的水平电流密度；

图8所计算的带有熔断器且中心点短路的阴极分段中的水平电流密度；

图9所计算的不带熔断器的OLED分段内的亮度(现有技术)；

图10所计算的带有熔断器的OLED分段内的亮度；

图11所提出LED光源的结构化电极层的进一步示例的部分顶视图；

图12所提出LED光源的结构化电极层的进一步示例的部分顶视图；和

图13所提出LED光源的图案化电极层的进一步示例的部分顶视图。

具体实施方式

图1描绘了所提出的LED光源的层序列(layer sequence)的示例。该层序列被布置在由对可见光透明的玻璃或聚合物材料制成的底部基板(base substrate)1上。第一电极层2被布置在这个底部基板1上。这个第一电极层2在光源的整个延展范围内具有恒定的厚度。有机发光材料层3夹在这个第一电极层2和第二电极层4之间。第一电极层2形成阳极电极，第二电极层4形成这个OLED的阴极电极。在这两个电极层2、4之间施加适当的电压时，发光材料层3发射可见波长范围内的光。至少第一电极层2由对可见光透明的导电材料制成，例如由ITO或由导电聚合物材料制成。因此，发光层3所发射的光能够通过图1的光源的下表面穿出。以相同的方式，第二电极层4也能够或可替代第一电极层2地由光透明材料制成以便使得光的发射能够通过光源的上主表面。漫射器元件8可以附着到光源的一侧或两侧。

在本示例中，第二电极层4被结构化以形成电极分段5的图案，这些电极分段5通过电连接6而与邻近电极分段电接触。电连接6被设计为用作熔断器，当在相应区域中出现两个电极层之间的局部短路时，该熔断器烧断。

如说明书的先前部分中已经提及的，在电极层2、4和发光层3之间还能够布置其它层。通过像电子或空穴传输层的其它层，还能够在这两个电极层之间布置其它发光层。而且，在基板1和第一电极层2之间或在第二电极层4上能够布置一个或多个保护层或粘附层。

图2示出了根据本发明的OLED的第一示例。在这个示例中，第二电极层4、即阴极层被结构化以形成方形形状的电极分段5，这些电极分段5经由相同层制成的方形形状的熔断器6进行连接。在这个示例中，电极分段5具有41mm的宽度和41mm的长度。方形形状熔断器6的(横向)尺寸是3×3mm。OLED通过围绕OLED的接触电极9而被电接触。为了进行比较，图3示出了现有技术的OLED，其中第二电极层4即阴极层未被结构化。

图4示出了图2的OLED的中心分段A的模型，其中指出了恒定电压的线条。相比而言，图5示出了图3的OLED的中心区域A的模型，其中也指出了恒定电压的线条。

图2的OLED的有源层的给定效能为LO_eff＝42cd/m²。阴极层材料是电导率为s＝2.6μΩ*cm、厚度d为260nm的铝。这对应于方块电阻R_sqc＝s/d＝0.1Ω。第一电极层2、即阳极层是由方块电阻为1Ω的ITO形成的。由以下电流电压关系来分析性地描述有源层：i＝8*10^-4A/V²*(v-3.5V)²，其中v表示跨越有源层的局部电压且i为通过有源层的电流。这种关系对应于20mm²的有源面积。

以下图示出了对于3种情况所得到的电流密度和亮度：

情况1：未被分段阴极(现有技术)

情况2：带有熔断器元件的被分段阴极，无短路

情况3：带有熔断器元件的被分段阴极，在大分段的中心处短路

图6和7示出了阴极层中的水平电流密度，即带有熔断器和无熔断器时电流密度向量的x与y分量的几何和。图8示出了对于根据本发明带有熔断器的OLED而言在分段的中心处短路的情况。图9和10示出了现有技术的OLED(图9)和根据本发明的OLED(图10)之间遍及OLED的亮度(单位cd/m²)的比较。对于所有情况，沿边缘的电压假定为恒定的且为5V。熔断器分段是大小为3mm×3mm的方形形状且具有与大分段相同的厚度。

能够得出两种观测结论：

1、引入熔断器分段对总电流和光输出几乎没有影响。即使只有7.3％的边缘用于电流注入，在注入点也几乎没有增加的光输出(图9和10)。

2、熔断器中的临界电流密度为3.8kA/cm²，这仅仅是未被分段的(现有技术)情况的约3倍高(参见图6和7)。另一方面，在短路期间电流密度大约高3个数量级(1800kA/cm²)，这就保证通过热和电迁移而破坏熔断器元件。

图11示出了上电极层4的图案的进一步示例的部分顶视图。电极分段5在这个示例中具有六边形的几何形式并且被等距地隔开。在这个示例中，电连接6由电极层4制成，其在电极分段5之间的区域中被结构化以在电极分段5之间形成矩形形状的区域。每个电极分段5具有六个最近邻近体(neighbor)，这个电极分段经由六个电连接6而直接连接到所述邻近体。如果在这些电极分段5之一的位置7处发生电短路，则包围相应电极分段5且代表熔断器的电连接6由于通过这些电连接6的高电流而断开，从而将这个电极分段5与光源的其它电极分段5电隔离。

电连接6的尺寸被设计以避免由于这样的短路所致的较大区域中的光发射失效。因此，通过这些连接6的电流密度、尤其是通过这些连接6的横截面或厚度来设计这些连接6的尺寸，以使得当相应的高电流流过时毁坏它们。

电极分段5的几何大小即它们的横向延伸、以及这些分段之间的间距也根据期望的应用和不发射光的光源面积大小的容忍度进行选择。发光层3在这个实施例中超出结构化的电极层，是未经图案化的连续层。

图13示出了第二电极层4的图案的进一步示例。在这个示例中，电连接6由完全包围电极分段5且具有比电极分段5更低厚度的电极层4的区域形成。

图12的示例示出了电极分段5的进一步形式的示例，其中这些分段是等距隔开的三角形。每个分段5由三个其它分段5包围，每个分段经由直接电连接6而电连接到三个其它分段。

虽然在附图和前面的描述中详细说明和描述了本发明，但是这样的说明和描述将被认为是说明性的或者示例性的而非限制性的，本发明不限于所公开的实施例。还可以组合上面描述的和权利要求中的不同实施例。在实践所要求保护的发明时，根据对附图、公开和所附权利要求的研究，本领域技术人员能够理解和实现对所公开的实施例的其他改变。例如，还可以相应地结构化上面实施例中的下电极层2而不是上电极层4。而且，还可以结构化这两个电极层。在光源中电极分段的几何形式和这些分段的间距可以变化。

在权利要求中，词“包括”不排除其他元件或步骤，以及不定冠词“一”(“a”或”an”)不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述措施的事实不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应当被理解为限制这些权利要求的范围。

附图标记的列表

1底部基板

2第一电极层

3发光材料层

4第二电极层

5电极分段

6用作熔断器的电连接

7短路的位置

8漫射器元件

9接触电极

Claims

1、LED光源，包括夹在两个电极层(2，4)之间的至少一个发光材料层(3)，其中：

-所述电极层(2，4)中的至少一个由对于该发光材料层(3)所发射的光的波长区域至少部分透明的材料形成，

-所述电极层(2，4)中的至少一个被结构化以形成电极分段(5)的图案，并且

-该图案的每个内电极分段(5)经由直接电连接(6)而与其最近的相邻电极分段(5)中的至少三个电接触，所述直接电连接被设计成用作所述电极分段(5)之间的电熔断器。

1、根据权利要求1所述的LED光源，其中所述发光材料是有机材料。

2、根据权利要求1所述的LED光源，其中所述直接电连接(6)被设计成在所述光源的正常工作期间具有比所述电极分段(5)更高的电流密度。

3、根据权利要求1所述的LED光源，其中所述直接电连接(6)由完全包围所述内电极分段(5)且比这些电极分段(5)更薄的结构化的电极层(2，4)的区域形成。

4、根据权利要求1所述的LED光源，其中所述直接电连接(6)是由结构化的电极层(2，4)形成的带状线。

5、根据权利要求1所述的LED光源，其中所述直接电连接(6)是由结构化的电极层(2，4)形成的方形形状的元件。

6、根据权利要求1所述的LED光源，其中电极层(2，4)与发光材料层(3)一起布置在底部基板(1)上。

7、根据权利要求7所述的LED光源，其中所述底部基板(1)对于该发光材料层(3)所发射的光的波长区域是至少部分透明的。

8、根据权利要求1所述的LED光源，其中漫射器元件(8)附着到光源的发光侧。

9、根据权利要求1所述的LED光源，其中电极分段(5)具有由n条直边组成的几何形式并且每个内电极分段(5)经由直接电连接(6)与n个最近的相邻电极分段(5)电接触，且其中n＞＝3。

10、根据权利要求1所述的LED光源，其中所述电极分段(5)被等距隔开。