CN101896839A - 发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方式涉及一种发光装置，该发光装置包括发光层(1)和光出射层(4)。在此，光出射层(4)具有多个互相平行的第一面(5)，所述第一面(5)倾斜于发光层(1)布置。此外，光出射层(4)具有多个互相平行的第二面(6)，所述第二面(6)倾斜于发光层(1)并且倾斜于第一面(5)布置。第一面(5)是透明的并且第二面(6)对于从发光层(1)所发射的光来说是反射性的。

Description

发光装置

技术领域

本发明涉及一种具有发光层或发光元件的发光装置。此外，本发明还涉及一种用于制备这样的发光装置的方法。

背景技术

本发明要求德国专利申请102007059732.2的优先权，该德国专利申请的公开内容通过引用而并入于此。

发光装置-如OLED(有机发光二极管)-通常具有朗伯(Lambertsch)辐射谱。然而在大多数情况下，与此不同的定向辐射谱适于照明目的。

发明内容

本发明的任务是，提出一种发光装置，该发光装置的辐射谱与朗伯辐射器的辐射谱不同。

该任务通过根据独立权利要求所述的发光装置来解决。有利的扩展方案和改进方案是相应的从属权利要求的主题。

根据本发明的第一方面的发光装置包括发光层和光出射层。在此，光出射层具有多个互相平行的第一面，所述第一面倾斜于发光层布置。此外，光出射层具有多个互相平行的第二面，所述第二面倾斜于发光层并且倾斜于第一面布置。所述第一面是透明的并且所述第二面对于从发光层所发射的光来说是反射性的。

在第一近似中，平坦的光出射层具有主辐射方向垂直于光出射面的朗伯辐射谱。根据本发明，只有第一面是光出射面，由此辐射谱具有不垂直于发光层、进而不垂直于在其中以平面方式构造有该发光装置的平面的主辐射方向。关于该平面的辐射谱与朗伯辐射器的辐射谱不同。

在一个优选的扩展方案中，发光装置的发光层具有有机材料。基于有机材料的发光层可以大面积地制备，所以特别有利于作为平面辐射器构造的发光装置。

在所述发光装置的另一个优选的扩展方案中，第一面和第二面在每个方向具有伸展，该伸展大于由发光层所辐射的光的波长。然而，该伸展优选地小于1mm并且特别优选地小于100μm。

在所述发光装置的另一个优选的扩展方案中，光出射层的背对发光层的表面通过平行布置的棱镜被结构化，其中所述第一面和第二面由棱镜的面构成。可替换地，光出射层的背对发光层的表面还可以通过圆锥形或棱锥形或透镜形或圆柱形的元件来结构化，其中类似地所述第一面和第二面由这些元件的面构成。

优选地，所述发光装置的光出射层可以由衬底或钝化层构成。

根据本发明的第二方面的发光装置包括支承体和多个发光元件。在此，支承体具有多个互相平行的第一面和多个互相平行的第二面，所述第二面倾斜于第一面布置。发光元件布置在第一面上。因此根据本发明，只有第一面是发光面。这些面关于在其中以平面方式构造有所述发光装置的平面是倾斜的。由此，辐射谱具有不垂直于在其中以平面方式构造有所述发光装置的平面的主辐射方向。关于该平面的辐射谱如在根据本发明的第一方面的发光装置中那样与朗伯辐射器的辐射谱不同。

发光元件优选地具有OLED。另外优选的是，发光装置的支承体通过平行布置的棱镜被结构化，其中第一面和第二面由棱镜的面构成。

根据本发明的第三方面的发光装置包括衬底和在该衬底表面上所施加的具有至少一个发光层的层序列，其中所述衬底的表面在横向上周期性地被在高度上结构化。对于根据本发明的该方面的装置，在高度上被结构化的衬底除了承担其作为发光层序列的衬底的功能之外还承担上述支承体的功能。因此，该发光装置具有如所述衬底的表面那样在高度上被结构化的发光面。对所述表面在高度上的结构化可被实施为使得所述表面的区域倾斜于发光装置的以平面方式伸展的平面。相应地得出本发明的第二方面的优点。

在一个优选的扩展方案中，发光层具有有机材料。

在发光装置的另一个优选的扩展方案中，高度上的结构化在其中一个横向上线性地上升和下降并且所述衬底的表面具有基本上平坦的面。

在发光装置的另一个优选的扩展方案中，高度上的结构化在其中一个横向上非线性地上升和/或下降并且所述衬底的表面具有弯曲的面。这样的发光装置的辐射谱可在很大程度上进行调节。

所述衬底优选地由塑料以压力铸造法制备或者由通过压印法被结构化的金属构成。

根据本发明的第四方面的发光装置包括发光层，该发光层具有在横向上交替布置的条形的第一区域和第二区域，其中所述第一区域和第二区域具有不同的折射率。在这样的发光装置中，衍射效应导致与朗伯辐射器的辐射谱不同的辐射谱。

在此，第一区域和第二区域在横向上的尺寸优选地具有从发光层所辐射出的光的波长的数量级。所述尺寸特别优选地小于所述波长的5倍。

在一个优选的扩展方案中，所述发光层具有有机材料。

在根据本发明第五方面的用于具有发光层的发光装置的制备方法中，用UV光照射所述发光层的区域以改变所述区域中的折射率。这种制备方法使得能够制备根据本发明的第四方面的发光装置。该制备方法适于制备大面积的装置并且特别良好地适应于平面OLED的已知制备方法。

根据本发明的第六方面的发光装置包括发光层和光出射层，其中在所述光出射层中或光出射层上布置有多个各向异性的散射颗粒，这些散射颗粒沿着所述发光装置的横向取向。散射颗粒的取向与其各向异性相结合导致光在从所述发光装置出射时的各向异性的散射。这导致所述发光装置的与朗伯辐射谱不同的辐射谱，其中该辐射谱与散射颗粒的散射特性以及各向异性的程度有关。

发光层优选地具有有机材料。此外优选的是，散射颗粒在其尺寸方面和/或其散射特性方面是各向异性的。

此外优选的是，散射颗料(16)具有不为零的永久的或可感生的电或磁的偶极矩或四极矩，或者散射颗粒是自组装的分子或者被布置在可延伸的薄膜中。

在根据本发明第七方面的用于具有发光层的发光装置的制备方法中，具有不为零的永久的或可感生的电或磁的偶极矩或四极矩的散射颗粒被注入到发光层中并且通过所施加的电场或磁场来进行取向。该制备方法使得能够制备根据本发明的第四方面的发光装置。

附图说明

以下根据实施例借助于于7个附图来进一步阐述本发明。

图1示出发光装置的三维示意图，

图2示出发光装置的不同的辐射谱，

图3和图4分别以三维示意图和俯视图示出另外的发光装置，

图5以横截面示出三种另外的发光装置，

图6以横截面示出在制备过程中的两个不同时刻的另一发光装置，以及

图7示出另一发光装置的俯视图。

具体实施方式

在图1中以三维简略示意图示出发光装置的第一实施例。

发光层1布置在OLED(有机发光二极管)层构造2内。OLED层构造2位于平面的衬底3的第一侧。在衬底3的与OLED层构造2相对的那侧设置有光出射层4。在背对衬底3的那侧上，光出射层4具有多个第一面5以及多个第二面6，该第一面5相对于衬底3倾斜角α，该第二面6相对于衬底3倾斜角β。

图1的发光装置被实施为“底部发射”OLED。衬底3在这样的实施方式中是透明的，从而从发光层1所发射的光通过衬底3到达光出射层4。可替换地，还可以有作为“顶部发射”OLED的实施方式，其中OLED层构造2被施加到非透明衬底上。在OLED层构造2的背对该非透明衬底的那侧上，代替在图1中所示出的透明衬底3而设置有透明的钝化层。所有在本申请中描述的发光装置的实施例都可通过相应的修改而被构造为或者基于“底部发射”或者基于“顶部发射”。

OLED层构造2除了包括发光层1之外还包括至少一个第一电极和一个第二电极以及一层或多层，该一层或多层用于将载流子注入发光层1并因此在工作时激发该发光层1发光。电极层例如可以由透明的导电材料构成，如由氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌、氧化锌或氧化锡构成。

发光层1具有有机材料作为光学活性的生成辐射的材料。这种材料例如可以是具有小分子量的有机材料-也称为小分子有机材料、聚合物或者这两种材料的组合。

典型地通过在真空条件下的热蒸发来施加小分子有机材料。用于生成辐射的小分子有机材料的示例是三(8-羟基喹啉)铝(Alq)、1，3-双(N，N-二甲氨基苯基)-1，3，4-氧化醇(1，3-Bis(N，N-dimethylaminophenyl)-1，3，4-oxidazol；OXD-8)、氧代-双(2-甲基-8-喹啉)铝、双(2-甲基-8-羟基喹啉)铝；双(羟基喹啉)铍(BeQ.sub.2)、双(二苯乙烯基)联苯(DPVBI)和芳胺取代的联苯乙烯亚芳基化合物(DSA-Amin)。

聚合物通常通过离心方法-也称为Spincasting(旋模)或Spincoating(旋涂)-被镀层。可替换地，也可以例如通过喷墨印刷来进行空间选择沉积。生成辐射的聚合物的示例是聚(对-亚苯基乙烯)和聚亚芳基乙烯以及亚芳基-亚乙烯基-低聚物、聚芳撑、聚喹啉的共聚物以及它们的衍生物和混合物。

光出射层4是施加到衬底3上的层，该光出射层4具有多个互相平行布置的棱镜，其中第一面5和第二面6构成该发光装置的背对OLED层序列2的表面。出于清楚的原因，在图1中只分别示出多个第一面5和第二面6中的两个。

第一面5和第二面6都不平行于发光层1布置。因此，第一面5和第二面6也不平行于该发光装置被以平面方式构造在其中的平面。在所有示出的实施例中，该平面被定义为XY-平面，其中发光装置以平面方式被构造在该平面中。

在此，棱镜在Y方向的伸展(长度)优选地处于宏观数量级，即例如处于毫米至分米的范围内。

发光装置的整个表面优选地被在Y方向连续的棱镜覆盖。棱镜在X方向的宽度优选地大于所发射的光的波长，使得棱镜处的衍射效应不可觉察。然而，该宽度优选地处于微观数量级，例如处于亚毫米范围内，使得在发光装置的正常观察距离处不能看到X方向上的结构。

光出射层4的第一面5是透明的，而第二面6对于由发光层1所辐射出的光却是反射性的。第二面6例如可以通过用金属颗粒所进行的气相喷镀而在非常平的入射角的情况下具有反射性。

在第一近似中，在具有平坦的平行于发光层布置的光出射层的OLED的情况下得出具有垂直于光出射面的主辐射方向的朗伯辐射谱。在所示出的实施例中，只有第一面5是光出射面，由此辐射谱具有相对于Z轴向X轴方向倾斜的主辐射方向。在此，该发光装置的主辐射方向的倾斜角基本上由角α确定。从发光层1所辐射出的被第二面6反射的光可以在一次或多次内部反射之后同样通过透明的第一面5从该发光装置出射。在此，角度β不仅影响所辐射的光的角度分布而且影响内部反射的频率。通过适当地选择角度β可以优化该发光装置的总强度、进而效率。

在所示出的实施例中设置有对单独的光出射层4的结构化。在这种情况下，光出射层4可以是施加在衬底3上的被相应地结构化的薄膜。也可以放弃单独的光出射层4，其中衬底3自身的表面被结构化。

除了所示出的以分别具有平坦的第一面5和第二面6的平行棱镜形式的结构之外，还可以设想具有不平坦的面的结构，例如具有圆柱面的结构。还可以设想由棱锥形、圆锥形或者透镜形的元件或面片段

所构成的结构。

在图2中示出根据本发明的发光装置的不同的辐射谱(所辐射的强度的与角度有关的分布)。

在图2a中首先给出所基于的坐标系统。发光装置以其横向的平面伸展构成该坐标系统的XY平面。具有平坦的平行于发光层布置的光出射面的已知OLED结构在Z轴方向上示出朗伯辐射谱。然而出于照明的目的，常常期望与此不同的辐射谱。合适的辐射谱在图2b至2d中示出。

在图2b和2c中所示出的被称为A-1型和A-2型的辐射谱的特点在于，在X方向以及Y方向上(A-1型)或者在这两个方向中的一个方向上(A-2型)具有两个最大值的对称的心形辐射方向分布。这种辐射模式适合于空间中的普通照明目的。

在图2d中所示出的被称为B型的谱是在方向X和Y中的至少一个方向上强烈地不对称的并且特别适合于信号应用，例如用于在变暗的环境中标出阶梯或者用于实现防耀目的平面壁灯。

利用在图1所示出的发光装置可实现B型的辐射模式。

在图3中以透视图(图3a)和俯视图(图3b)示出发光装置的另一实施例。

支承体7的表面以具有第一面5和第二面6的多个平行布置的棱镜形式来结构化。该发光装置和支承体7的横向平面伸展处于XY平面中。相对于该XY平面，第一面5倾斜角度α并且第二面7倾斜角度β。在第一面5上布置有发光元件8。

支承体7的表面以与图1所示的实施例的光出射面4可比较的方式被结构化。支承体7例如可由塑料制成，其中该支承体7的表面的结构优选通过压力铸造法或深冲法来实现。此外，支承体7可以由金属薄膜或金属板材制备，该金属板材通过压印法被结构化。

发光元件8是与支承体7无关的功能元件。发光元件8例如可以分别包括衬底和具有至少一个发光层的OLED层构造。关于OLED层构造以及发光层的材料和构造参阅与图1的实施例有关的说明。

类似于在图1中所示出的实施例，在图3的实施方式中也示出一种辐射特性，该辐射特性的主辐射方向基本上相对于Z方向倾斜角度α。辐射模式同样是B型。

在图4中又以透视图(图4a)和俯视图(图4b)示出发光装置的另一实施例。如在图3中所示出的实施例那样设置有支承体7，该支承体7的表面以平行的棱镜的形式被结构化。与图3的实施例不同的是，不只用发光元件8来覆盖第一面5，而且也用发光元件9来覆盖第二面6。

在图4的实施例中，支承体7的表面以棱镜的形式被结构化，这些棱镜具有等腰三角形的横截面。所示出的布置导致A-2型的对称辐射特性，其中两个主辐射方向从Z轴向正X方向和负X方向倾斜角度α＝β。在Y方向上，在发光装置具有足够伸展的情况下，得出在第一近似中的朗伯辐射谱。如果角度α和β被选择为不相等，则两个主辐射方向从Z方向倾斜不同的角度。同时，由于所得出的发光元件8和发光元件9的面积大小不同，所以在主辐射方向上所发射的强度不同。

在图5a中以横截面示出另一发光装置。

在衬底3上施加OLED层构造2，其中衬底3的表面通过平行布置的棱镜被结构化。附图中相同的附图标记表示相同的或起相同作用的元件。

与在图3或图4中所示出的实施例不同，在图5a的实施例中，衬底3也承担支承体7的功能。由此得出的是，不使用单独的具有衬底的发光元件，而是直接在所结构化的衬底上施加OLED层构造。关于OLED层构造及其中所包含的发光层的构造和材料又参照与图1的实施例相关的实施方式。

在所示出的实施例中，角度α和β被选择为不同的大小。在两个主辐射方向得出具有不同强度的A-2型的分布。衬底3例如可由塑料制备，该衬底3通过压力铸造法或通过深冲法被相应地结构化。如果发光装置被构造为“底部发射”OLED的形式，其中辐射通过衬底3出射，则为实现相应的辐射特性所必需的是，也对衬底3的与OLED层构造2相对的表面进行相应地结构化。在图5a中，这通过虚线来表明。相反地，如果发光装置被构造为“顶部发射”OLED，则衬底3的与OLED相对的那侧可以采用任意的造型，例如是平坦的。在“顶部发射”OLED的情况下，衬底3也可以是非透明的并且例如由金属薄膜或金属板材构成，其中在所述金属板材中压入相应的表面结构。

在图5b和5c中示出发光装置的另外的表面结构，这些表面结构可与在图5a中所示出的实施例相关联地使用。

尤其是可以确定，衬底3的表面不一定必须由各种平面构成，而是也可具有弯曲度有限的面。通过所选择的表面的造型，辐射特性可以在X方向上在很大程度上改变。例如在图5b中所示出的几何形状导致A-2型的强度分布。在此，该分布对称于Z轴，并且根据形成该表面的圆柱体片段的弯曲半径和深度可实现的是：得出两个相互分离的主辐射方向，这两个主辐射方向从Z轴向正X轴或负X轴倾斜，或者得出一个Z轴方向上的主辐射方向，然而其中辐射谱相对于朗伯辐射谱是波瓣状定向的。利用如在图5c中所示出的表面几何形状可实现B型的辐射特性。

在图6a中示出另一发光装置的横截面。

在衬底3上布置有OLED层构造2。该OLED层构造2具有朝向衬底3的第一电极12、发光层1以及最后是第二电极13。在此，发光层1具有交替地运行到像平面中的条形的第一区域10和第二区域11。OLED层构造2可以包括其它的在此未示出的层。关于OLED层构造2的构造和合适的材料又参阅图1的实施例。

在图6a的实施例中，发光装置的辐射特性的改变不是如在之前所示出实施例中那样通过光出射面的取向来实现，而是通过发光层1内部的光的衍射来实现。出于这个目的，通过不同的条形的第一区域10和第二区域11对发光层1进行结构化，其中两个区域10以及11通过它们的折射率进行区分。因为在该实施例中与之前所示出的示例相反光的衍射效应是有意义的，所以第一区域10和第二区域11在X方向的尺寸(条形宽度)具有从发光层1辐射出的光的数量级。所产生的衍射现象可与栅格处的衍射相比较。在由发光装置的内界面和/或外界面所形成的腔的内部构造有强度模式

该强度模式相对于具有均匀的发光层1的装置来说具有较大的平行于X轴的强度分量。该发光装置的辐射谱相应地从朗伯辐射器的辐射谱变成A-2型辐射器的辐射谱。

在图6b中示出在制备过程期间可以如何进行对发光层1的结构化。在对发光层1进行结构化的时刻包括衬底3、第一电极10和发光层1的发光装置通过掩模14被UV光15照射。在UV辐射15落在发光层1上的地方，该发光层1在分子层上的结构发生改变，例如通过发光层1中的有机聚合物的聚合度的改变体现。利用所改变的分子结构带来折射率的改变。

图7以俯视图示出另一发光装置。在该实施方式中，在光出射层4上或光出射层4中布置有散射颗粒16，其中光通过该光出射层4出射。

散射颗粒是透明的或不透明的颗粒，该散射颗粒的数量级可处于几个μm至几十个μm范围内。这些颗粒可以布置在光出射层4的内部或者也可以完全地或部分地从该层中凸出。在此，光出射层4可以是平行于衬底以及OLED层构造的平坦的层。该光出射层4也可以由OLED叠层的衬底或钝化层来实现。

散射颗粒16的特点在于永久的或可感生的电或磁的不为零的偶极矩或四极矩，通过该偶极矩或四极矩来定义该散射颗粒的主轴。通过在制备过程期间所施加的电取向场(E)和/或磁取向场(B)-在图7中通过矢量箭头表示，散射颗粒16的主轴沿着预先给定的方向、在此为X轴取向。例如可以将散射颗粒注入到聚合物层中并且在该层硬化之前相应地进行取向。因此，以这种方式凝结的取向即使在没有进行取向的电场和/或磁场的情况下也保持下来。

此外，散射颗粒16的特点在于其几何形状和/或其折射率的各向异性，使得相对于散射颗粒16的主轴的方位可观察到从发光层所辐射出的光的各向异性的散射特性。所取向的散射颗粒16的几何形状和/或折射率中的各向异性取决于光在从发光装置出射时的各向异性的散射。根据散射特性和各向异性的程度，这导致发光装置与朗伯辐射谱不同的辐射谱，即为A-1型、A-2型或B型。

也可以对不具有不为零的偶极矩或四极矩的散射颗粒进行取向。例如可以使用自组装的分子(self assembling molecules，自组装分子)作为散射颗粒16，这些自组装的分子在制备过程期间在合适的条件下自我取向。此外，尤其是那些具有几何学上的各向异性的散射颗粒16可以被嵌入可延伸的薄膜中并且通过沿着一个方向延伸该薄膜来进行取向。

根据实施例对本发明的阐释不应被理解为对本发明的限制。更确切地说，本发明涉及具有在权利要求中所提到的特征的所有装置。此外，本发明包括所有在说明书中所提到的特征以及这些特征的组合，既使在该组合没在权利要求书或说明书中明确提到时也是如此。

Claims (15)

1.一种发光装置，包括

-发光层(1)，和

-光出射层(4)，

其中所述光出射层(4)具有

-多个互相平行的第一面(5)，所述第一面(5)倾斜于发光层(1)布置，和

-多个互相平行的第二面(6)，所述第二面(6)倾斜于发光层(1)并且倾斜于第一面(5)布置，其中第一面(5)是透明的并且第二面(6)对于从发光层(1)发射的光来说是反射性的。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其中第一面(5)和第二面(6)在每个方向上具有伸展，所述伸展大于从发光层(1)所辐射的光的波长。

3.根据权利要求1或2之一所述的发光装置，其中光出射层(4)背对发光层(1)的表面通过平行布置的棱镜或者通过圆锥形或棱锥形或透镜形或圆柱形的元件来结构化，其中第一面(5)和第二面(6)由这些元件的面构成。

4.根据权利要求1至3之一所述的发光装置，其中光出射层(4)由衬底(3)或钝化层构成。

5.一种发光装置，包括

-支承体(7)，和

-多个发光元件(8)，

其中支承体(7)具有

-多个互相平行的第一面(5)，和

-多个互相平行的第二面(6)，所述第二面(6)倾斜于第一面(5)布置，并且其中发光元件(8)布置在第一面(5)上。

6.根据权利要求5所述的发光装置，其中发光元件(8)具有OLED。

7.根据权利要求5或6之一所述的发光装置，其中支承体(7)通过平行布置的棱镜来结构化，其中第一面(5)和第二面(6)由这些棱镜的面构成。

8.一种发光装置，包括

-衬底(3)，和

-施加在所述衬底的表面上的具有至少一个发光层(1)的层序列(2)，

其中衬底(3)的表面在横向上周期性地被在高度上结构化。

9.根据权利要求8所述的发光装置，其中高度上的结构化在其中一个横向上线性地上升和下降并且衬底(3)的表面具有基本上平坦的面。

10.一种发光装置，包括发光层(1)，所述发光层(1)具有在横向上交替布置的条形的第一区域(10)和第二区域(11)，其中第一区域(10)和第二区域(11)具有不同的折射率。

11.根据权利要求10所述的发光装置，其中第一区域(10)和第二区域(11)在横向上的尺寸具有从发光层(1)所辐射出的光的波长的数量级并且优选地小于该波长的5倍。

12.一种用于制备具有发光层(1)的发光装置的方法，其中用UV光照射发光层(1)的区域以改变这些区域中的折射率。

13.一种发光装置，包括

-发光层(1)，和

-光出射层(4)，

其中在光出射层(4)中或光出射层(4)上布置多个各向异性的散射颗粒(16)，这些散射颗粒(16)沿着所述发光装置的横向取向。

14.一种用于制备发光装置的方法，其中具有不为零的永久的或可感生的电或磁的偶极矩或四极矩的散射颗粒(16)被注入到光出射层(4)中并且通过所施加的电场或磁场来取向。

15.根据权利要求1至4、8至11或13之一所述的发光装置，其中发光层(1)具有有机材料。

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