CN102414859B - 具有电阻互连层的分段电致发光器件 - Google Patents

Abstract

一种具有电阻互连层（102）的分段电致发光器件（100），每个段（104，104’，104’’）包括设置在第一电极层（106）与第二电极层（108）之间的电致发光层（110）。这些段（104，104’，104’’）经由电阻互连层（102）连接，电阻互连层具有比第二电极层更大的方块电阻。电阻互连层（102）向电致发光器件增加镇流电阻，从而无需附加的电镇流器。由于该电镇流器在多个层上划分，因而用于电镇流器的热管理的问题变得不那么重要。通过添加隔离层（122），可以将电阻互连层（102）的表面增加到电致发光器件（100）的几乎整个表面。电极层（108）、隔离层（122）和电阻层（102）的系统用作电容器。

Description

具有电阻互连层的分段电致发光器件

技术领域

本发明涉及电致发光器件领域，更特别地，涉及有机发光二极管（OLED）器件并且涉及分段照明器件领域。

背景技术

电致发光器件包括能够在电流经过它时发射光的电致发光材料。用于电致发光器件的材料可以是发光聚合物或小的有机分子。有机器件可以例如是本领域中已知的有机发光二极管（OLED）。为了激活电致发光器件，借助于电极将电流施加到电致发光材料。

诸如OLED之类的电致发光器件包括设置在电极之间的电致发光材料。当施加适当的电压时，电流从阳极到阴极流经电致发光材料。光通过电致发光材料内的空穴和电子的辐射复合而产生。

使用有机电致发光材料用于普通照明的电致发光器件具有2-5伏特的范围内的正向电压。该低电压使得其不适合于直接市电驱动。该问题的一种解决方案是串联连接实现电子电路的所需要的电阻所需的那样多的OLED器件。这种电路的问题在于，OLED峰电流远高于平均值，市电电流谐波可能超出规定限制，并且OLED平均电流值和峰电流值随着市电电压的变化而大大变化。

另一种可能的解决方案是直接从市电操作OLED器件所需的称为镇流器的电气电路。镇流器将公共电网的AC电压转换成适合于驱动规定亮度的OLED光源的形式。从现有技术已知直接从市电驱动OLED的提议。这些解决方案仍然太昂贵而不能实现，因为需要附加的电路元件并且需要用于热管理的额外努力。这主要归因于现有技术解决方案的集总元件性质。

因此，本发明旨在提供一种改进的电致发光器件，尤其是改进的OLED器件。

发明内容

本发明提供了一种如权利要求1所述的分段电致发光器件。从属权利要求中给出了本发明的实施例。

依照本发明的实施例，提供了一种分段电致发光器件，该器件具有多个段，每段包括置于第一电极层与第二电极层之间的第一电致发光层。第一电极层设置在第一电致发光层的第一侧并且第二电极层设置在第一电致发光层的第二侧。第二侧与第一电致发光层的第一侧相对。第一和第二电极层被设置用于向电致发光层供应电荷，即第一电极层构成分段电致发光器件的阳极并且第二电极层构成分段电致发光器件的阴极。第一电极层由透明材料组成并且第二电极层由诸如金属之类的不透明材料组成。因此，第一电极层构成电致发光器件的透明导电（TCO）层。例如，第一电极层可以由氧化铟锡（ITO）组成。代表阴极的第二电极典型地为高反射良导电金属，例如铝或银。两个相邻电极的电极不直接连接。

所述分段电致发光器件进一步包括连接两个相邻段的电阻互连层。电阻互连层适于连接两个相邻段的阳极和阴极，并且与现有技术相反的是，增加镇流电阻。因此，电阻互连层的电阻必须高于铝或银的电阻。依照本发明的实施例，电阻互连层由合金膜、单金属膜、金属陶瓷膜或者半导体膜组成。该膜必须具有足够的电阻率以便实现两个相邻段之间的希望的镇流器值。

薄膜的电阻率由定义为R_sq= ρ/t的方块电阻表示，其中ρ表示材料的电阻率并且t表示其厚度。原则上，通过ρ减小膜厚度可以实现任何值。然而，存在实际的和理论的限制，其中得到的电阻偏离上面使用体电阻率的计算公式。针对不同电阻薄膜片材料的方块电阻值的典型范围处于5-2000欧姆的范围内。

单金属膜可以用作电阻片材料。对于Fuchs-Sondheimer理论，薄膜电阻率ρ_F可以远高于体电阻率ρ_B。

依照本发明的一个实施例，电阻互连层被结构化以便增大其电阻率。这可以通过将间隙插入到电阻互连层中来实现。通过改变横向间隙尺寸，可以增大有效电阻。另一个选择是引入槽。电阻互连层的定形可以在沉积期间例如经由正确设计的荫罩来实现，或者在层沉积之后通过湿法或干法蚀刻或者激光消融来实现。另一种可能性是使用印刷技术，其中将导电涂料沉积到电致发光器件上。

依照本发明的一个实施例，添加隔离层，除了所述段的相对于连接的相邻段的远端部分上的小带之外，该隔离层覆盖第二电极层的表面。由于第二电极层具有低电阻率这一事实，除了小带之外，互连层必须与阴极层隔离以便变得有效。横向电阻基本上由互连层的长度L、宽度w和厚度t确定。由于横向电流流动的原因，电阻层两端出现电压降。该电压降是一阶线性的：

dV(x)= V_o *x/w，

其中Vo表示x=w处的电压。

V_o可以从流经电致发光器件的总电流导出：

V_o=I_o*R，其中R=ρ*w*L/t，ρ表示互连材料的电阻率。

三个层：第二电极层、隔离层、电阻互连层不仅表现为电阻性的，也表现为电容性的。这是因为第二电极层和互连层由隔离层分开。为了计算总的有效电容C_eff，必须考虑横向电压变化。

假设第二电极层是理想的导体，那么横向电压是恒定的，从而隔离层两端的电压变成：V_iso(x)=V_o*x/w。

有效电容C_eff利用下式由存储的能量E导出：

。

现在，注意到dC=1/2*ε*L*dx/t的微分电容dC，存储的能量dE为：

。

关于x从x=0到x=w积分，给出总的存储的能量的希望的表达式：

。

有效电容于是为

，其中

。

RC镇流电路的时间常数于是为：τ=R*C。总的镇流电阻被设计成满足将电致发光器件直接连接到市电电源的要求。依照这些要求，必须选择互连层的电阻率和厚度。

实例：

假设尺寸为30x300mm²的OLED带的电流电压特性v_d(i_d)，其中

v_d =k₁*ln(i_d/k₂+1)+i_d*R_s，

其中

v_d：OLED器件两端的电压

i_d：流入OLED器件的电流

k₁、k₂：依赖于OLED器件的常数

并且典型值为：

k₁=0.22V

k₂=0.21uA

R_s=0.16Ω。

进一步给出的是频率为50Hz的230V_ac的正弦市电电压。

为了对于直接连接指定的市电的具有上述特性的OLED器件实现0.1A的平均电流，需要65段，每段3欧姆的镇流电阻。

使用这种材料叠层的OLED器件需要65段以便在连接到频率为50Hz的230V_ac的市电电压时实现0.1A的平均电流。

为了计算电阻互连所需的方块电阻R_sq，将假设互连电阻主要由段宽度w、段长度L、段厚度t和段电阻率ρ确定，使得用于段和片电阻的下列关系成立：

。

注意到R=3欧姆，因此互连材料的所需方块电阻为R_sq=30欧姆。

电阻互连层覆盖隔离层的整个表面，并且仅在隔离层留下的小带处连接到第二电极层。到相邻段的连接以没有隔离层的实施例中的相同方式实现。因此，电阻互连层在更大的表面上散布，并且分段电致发光器件的几乎整个区域可以用于热管理。

在该实施例中，隔离层将第二电极层与电阻互连层分开。段的这部分用作电容器。为了实现高电容值，对于隔离层而言，具有高介电常数的材料是优选的。实例是氮化硅（6<ε<9）、二氧化硅（ε=3.9）、氧化硅（ε=3.9）、氧化铝（ε=9）或者诸如氧化铪（ε=40）之类的高k材料。

依照本发明的一个实施例，电容和电阻值通过使用多个复合层而增大，所述复合层即其中隔离层和电阻层彼此交替堆叠的层。利用该方法，有可能将电致发光器件的电路的时间常数增大到帮助降低50-60Hz范围内的频率的闪烁的值。该实施例的另一个积极效果是改进的器件密封，因为通过针孔的扩散被阻挡。

附图说明

在下文中，仅仅通过实例的方式参照附图更详细地描述了本发明的实施例，在附图中：

图1为依照本发明的3段电致发光器件的顶视图，

图2为图1的电致发光器件的截面，

图3为依照本发明的具有结构化互连层的电致发光器件的顶视图，

图4为依照本发明的包括隔离层的电致发光器件的截面，

图5为具有用来在减小总电容的同时增大总电阻的多个复合层的单段的详细视图，

图6为图5中所示器件的等效电路，

图7为具有用来增大总电阻和总电容的多个复合层的单段的详细视图，

图8为图7中所示器件的等效电路。

具体实施方式

在说明书中，相同的附图标记用于每段104的相同部件。具有相同附图标记的部件以相同的方式起作用和制造。

图1示出了具有集成的电阻互连层102的三段电致发光器件100的顶视图。电致发光器件100由多段104组成。每段包括两个电极层106、108（阳极和阴极）以及电致发光层110。每段104的第一电极层106设置在电致发光层110的底侧，并且第二电极层设置在电致发光层110的相对的顶侧。电阻互连层102将一个段104的第二电极层108与相邻段104’的第一电极层106连接。在电致发光器件100的两端，设置了端子112以便将电致发光器件100连接到电源。

第一电极层106为由诸如ITO之类的透明且导电的材料制成的透明导电层。第二电极层108不透明并且可以反射以便反射在电流流经电致发光器件100时从电致发光层发射的光。从电致发光层110发射并且从第二电极层108反射的光通过第一电极层106发出。

通过使用电阻互连层102以便将一个段104的第二电极层108连接到相邻段104’的第一电极层106，将电致发光器件100连接到诸如市电之类的电源所需的电镇流器分布在若干电阻互连层102上，这降低了用于热管理的努力。

电阻互连层102的制造通过使用相同的技术而无缝地集成到电致发光器件的制造中。

图2示出了图1的电致发光器件100的截面。电致发光器件100由多段104、104’、104’’组成，并且划分成若干部分114、116、118。每段104代表照明部分114。在两个相邻段104、104’之间，设置了间隙部分116。在电致发光器件的两端，设置了端子部分118以便将电致发光器件100连接到电源。

电致发光器件100的每个照明部分114包括两个电极层106、108（阳极和阴极）和电致发光层110。每段104的第一电极层106设置在电致发光层110的底侧，并且第二电极层108设置在电致发光层110的相对的顶侧。电致发光层110封闭第一电极层106的第二端115以便防止第一电极层106的第二端115与设置在相邻间隙部分116中的电阻互连层102连接。电阻互连层102将一个段104的第二电极层108的第一端部119连接到相邻段104’的第一电极层106的第一端部121，每个第一端部119、121在对应相邻段104、104’的近侧。

图3示出了具有结构化互连层120的像图1中那样的三段电致发光器件100。该结构包括若干插入的间隙117或槽以便增大电阻。该定形可以在沉积期间实现。

由图4可见，隔离层122添加到图2的电致发光器件100的每段104。因此，电阻互连层102可以在更大的表面上散布，其将第二电极层108的第二端123连接到相邻段104’的第一电极层106的第一端121而不被第二电极层108短路，第二电极层108的第二端123在相邻段104’的远侧。隔离层122将电阻互连层102与第二电极层108分开。因此，电致发光器件100的几乎整个区域可以用于电阻层102并且用于热管理。由于附加的隔离层122的原因，电阻互连层102与第二电极层108之间的电容是有效的。

图5示出了电致发光器件100的具有多层互连的单段104的详细视图。隔离层122和电阻层102彼此交替堆叠。每个电阻层102与另一个电阻层连接，而隔离层122由电阻层102分开。

图6示出了图5的堆叠的段104的等效电路方案。由图可见，电阻器124和电容器126实际上串联连接。因此，电阻增大，电容减小。

在图7中，示出了电致发光器件100的堆叠的段104的另一个实施例。每个隔离层122以蜿蜒的方式连接到另一个隔离层122’。导电层103包封蜿蜒方式的隔离层122。导电层103的分支延伸到蜿蜒方式的隔离层122中。在段104的顶部，是连接两个导电层103的电阻互连层102。

与段顶部的电阻层102的影响相比，导电层103对总电阻的影响小得可以忽略。因此，导电层103的电阻不重要，并且可以与电阻层102的电阻同数量级或者更小。

图8示出了图7的等效电路方案。电阻器124代表电阻互连层102的电阻。电容器126并联连接。因此，电容增大。因此，电致发光器件100的电路的时间常数增大。利用该方法，有可能将电致发光器件100的电路的时间常数增大到帮助降低50-60Hz范围内的频率的闪烁的值，所述频率是市电电源的频率。

电致发光器件100的实施例是特别有利的，因为电阻互连层102可以用作用于将电致发光器件100直接耦合到市电电源的镇流电阻器。

依照本发明的另一实施例，电阻互连层102可以在电致发光器件的几乎整个表面上散布，其通过隔离层122与第二电极层108分开。因此，无需附加的热管理。该系统用作电容器126。电容和电阻可以通过以适当的方式堆叠若干层而增大。

附图标记列表

100  电致发光器件

102  电阻层

102’  电阻层

102’’  电阻层

102’’’  电阻层

102’’’’  电阻层

103  导电层

104  段

104’  段

104’’  段

106  第一电极层

108  第二电极层

110  电致发光层

112  端子

112’  端子

114  照明部分

114’  照明部分

114’’  照明部分

115  第一电极层的第二端

116  间隙部分

117  间隙

118  端子部分

119  第二电极层的第一端

120  结构化互连层

121  第一电极层的第一端

122  隔离层

122’  隔离层

122’’  隔离层

122’’’  隔离层

122’’’’  隔离层

123  第二电极层的第二端

124  电阻器

126  电容器

Claims (16)

1.一种分段电致发光器件（100），包括多个段（104），每段包括电致发光层（110）和电阻层（102），第一电极层（106）设置在电致发光层的第一侧并且具有第一方块电阻的第二电极层（108）设置在电致发光层的第二侧，电阻层（102）具有第二方块电阻，其中第二方块电阻大于第一方块电阻，电阻层将所述段中的第一段与所述段中的相邻第二段连接，电阻层将所述段中的第一段的第二电极层与所述段中的第二段的第一电极层连接。

2.权利要求1的电致发光器件，其中第二方块电阻是第一方块电阻的至少五倍。

3.权利要求2的电致发光器件，其中第二方块电阻是第一方块电阻的十倍。

4.权利要求1的电致发光器件，其中电阻层（120）被结构化。

5.前面的权利要求之一的电致发光器件，其中电阻层由合金膜、单金属膜、半金属膜、金属陶瓷膜或者半导体膜制成。

6.权利要求1-4之一的电致发光器件，其中电阻层跨两个相邻段之间的间隙（116）延伸。

7.权利要求1-4之一的电致发光器件，其中电阻层将第一段的第二电极层的第一端部（119）连接到第二段的第一电极层的第一端部（121），其中第一端部相对于相邻段在近侧。

8.权利要求1-4之一的电致发光器件，其中电阻层将第一段的第二电极层的第二端部（123）连接到第二段的第一电极层的第一端部，其中第一端部在相邻段的近侧并且第二端部在相邻段的远侧。

9.权利要求1-4之一的电致发光器件，具有将第二电极层与电阻层分开的隔离层（122）。

10.权利要求9的电致发光器件，具有第二电极层与电阻层之间的接触表面，该接触表面被定位成与隔离层邻近。

11.权利要求9的电致发光器件，其中所述段中的至少一个包括多个隔离层、导电层和/或电阻层，这些电阻层或导电层之一跨间隙延伸到相邻段。

12.权利要求11的电致发光器件，其中隔离层、导电层和/或电阻层彼此交替堆叠。

13.权利要求11的电致发光器件，其中隔离层中的至少两个由电阻层之一或导电层之一分开。

14.权利要求13的电致发光器件，其中至少一个电阻层连接到至少一个电阻层。

15.权利要求11的电致发光器件，其中至少一个隔离层连接到至少一个隔离层。

16.权利要求15的电致发光器件，其中至少一个导电层连接到至少一个导电层。