CN102473718B - 基于oled的发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光装置，其包括并排布置在光学透明载体衬底（4）上的若干组条纹形有机发光二极管（15，16，17）。有机发光二极管（15，16，17）包括形成第一微腔的第一层序列（２）。每个组的至少一个有机发光二极管（15，16，17）包括在第二电极层（5）和载体衬底（4）之间形成第二微腔的第二层序列（3）。第二微腔的至少一层被适配厚度以增加相应有机发光二极管（15,16,17）的光输出。散射或扩散元件（14）被布置在载体衬底（4）前面的有机发光二极管（15,16,17）的发射方向中，以混合离开载体衬底（4）的每个组的所述不同颜色的光。本装置提供具有高效能的白光发射。
Description
技术领域
本发明涉及包括若干组并排布置在光学透明载体衬底上的有机发光二极管（OLED）的发光装置，所述有机发光二极管包括在第一和第二电极层之间至少包括有机层或层堆叠的第一层序列，所述第一和第二电极层形成第一微腔，且每个组的至少两个有机发光二极管被设计为发出不同颜色的光。
有机发光二极管（OLED）是一种用于显示和照明应用的有前景的技术。特别是对于，照明应用，要求中至大面积的有机发光二极管或基于这样的二极管的装置。中至大面积有机发光二极管的制备，尤其是包括有机材料的层状结构的制备，通常通过在透光载体衬底，例如浮法玻璃上使用真空中的热蒸发来进行。典型的OLED结构包括薄的透明阳极、空穴传输层、光发射区域、电子传输层和阴极层。令人遗憾的是，典型地有大约50%所生成的光保留在OLED层堆叠中，约25%保留在衬底中，且只有20%至25%被耦合进空气中，能被用于照明应用。该部分发射入空气中的光可以通过许多方法增加约50%至约36%，但对于OLED的有效利用来说还是太低了。
背景技术
在2008年发射显示器和照明科技国际会议的EL2008会议录，pp.9-12，S. Mladenovski等的"OLED light outcoupling enhancement by Nelder-Mead layer thickness optimization"已经示出，对于单色OLED装置，通过使用调谐的所谓双谐振腔结构（RC2），即，在OLED的一个电极和衬底之间的具有优化的厚度的一系列的高折射率和低折射率层，进入空气内的光输出在例如绿色波长范围可以大约加倍。通常两个非常高的折射率层和在中间的一个低的折射率层足以形成附加的微腔。
为了提供一种基于OLED的白色发光装置，发出具体地为红、绿和蓝色的不同颜色光的不同层通常被合并成单层的堆叠。通过不同颜色的组合，装置发出所期望的白光。为了改善这样的白光OLED的发光功率效能，不能使用上述双谐振腔结构的技术，因为附加微腔的调谐仅改善约90nm范围的一个颜色的效能，其中在该波长范围外的光发射被大大地减少。对这样的白光OLED使用该原理可能因此仅对一种颜色改善效率并减少其他颜色的发光。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于OLED的发光装置，所述装置允许白光的产生，与已知的白光OLED装置相比具有增加了的效能。
使用根据权利要求1的发光装置达到该目的。有利的实施方式是从属权利要求的主题或描述在后续的说明书以及优选方案的部分中。
提出的发光装置包括若干组并排布置在光学透明载体衬底上的条纹形有机发光二极管。有机发光二极管包括在第一和第二电极层之间至少包括有机层或层堆叠的第一层序列，所述第一和所述第二电极层形成第一微腔。第二电极层是较第一电极层更靠近载体衬底的层。每个组的至少两个有机发光二极管被设计为发出不同颜色的光。在现有技术中，通常通过选择合适的有机材料作为发射层的组分，并通过适当地适配第一微腔的长度，尤其是发光层至反射阴极的距离，以达到上述目的。每个组的至少一个有机发光二极管包括在第二电极层和载体衬底之间形成第二微腔的第二层序列。第二微腔被适配厚度以与没有这种第二微腔的情形相比，增加相应有机发光二极管的光输出。为此第二微腔可以适配它所有层的厚度。在某些特定的两三个颜色的情况下，可以找到用于所有第二微腔的层而不是一层的共用的优化，然后最后的层被特别地调谐用于相应的颜色。散射或扩散元件被布置在载体衬底前面的有机发光二极管发射方向中，也就是说，在底发射的情况下，在与有机发光二极管相反的载体衬底侧，所述元件混合离开载体衬底的每个组的所述不同颜色的光。
本发明因此受益于使用已知的例如来自所引用S.Mladenovski等的出版物的双谐振腔结构（RC2）技术的单色OLED的发光功率效能的改进。通过使用不同的以条纹形式在光学透明衬底上的并排单色OLED并使用合适的扩散器或散射元件混合由这些OLED发出的光，每个单色OLED的发光功率效能可以独立于其他OLED而被优化，而不会减少为了得到白光发射所必须的其他颜色的发光。
使用扩散或散射元件的布置，由装置发出的光的取决于角的彩色效应也被减小。该扩散或散射元件可以由散射箔构成，其至少布置在自OLED发射层相当于至少一个或两个形成OLED的条纹宽度的距离处。在载体衬底足够厚的情况下，该箔或层或其他元件可以被直接施加至与OLED结构相反的载体衬底的表面。
使用本发明，通过制造具有优选为红色、绿色和蓝色条纹的条纹OLED，因此上述问题被克服，其中在具有至少该三种颜色之一的OLED中的第二电极层和载体衬底之间提供各自的第二调谐腔。使用该方法，相应的条纹OLED的流明输出与单个谐振腔OLED的平面的情况相比，可以超过其两倍。虽然提供这样的用于一个颜色的双谐振腔（RC2）对于增加装置的发光输出效能已经足够了，发出其他颜色的OLED也可以使用这样的RC2结构来构造，这样的RC2结构在调整效率很高的白色OLED的色点时也是有利的。
优选地，每组OLED包括发红、绿和蓝光的OLED。然而，组还可以仅由两个发两个不同颜色的OLED来形成，其中两个不同颜色也可以合成以得到白光。本发明也不限于白光的发射。其他混色，即至少两个不同的颜色的混合，可以由所述装置以高发光功率效能来提供。
通过调谐附加微腔至由该OLED所发出光的颜色来对装置的每个OLED进行优化，或对选定的OLED进行优化。优选地，附加的微腔是由两个较高折射率层之间的较低折射率层的层序列形成。不同的折射率层不能具有相应颜色的λ/4厚度。这可以通过这样的OLED的发射模拟来示出。由于RC2结构，更大部分的光被引导进入该OLED的逃逸锥之内，导致更高的功率发射效率。术语折射率在该专利申请中被用作折射系数的同义词。
通过使用具有折射系数在1.7和1.9（在550 nm处）的高折射率玻璃衬底作为载体衬底，发光功率效能可以进一步增加。优选地，选择约等于该OLED（不具有通常为非透明的第一电极层）的平均折射率的衬底折射率。术语“约等于”意味着距该平均指标的最大偏差为约10%。此外，最好的是，附加微腔的较高折射率层和较低折射率层之间的折射率差为尽可能高，至少≥0.8（在550 nm处）。
在有利的实施方式中，附加微腔的调谐是通过仅适配一个高折射率层（参见上面）的厚度来完成的。这是有益的，对于该装置的所有OLED，其他层可以以相等的厚度被施加至载体衬底，且然后仅适配一个层的厚度，因此减小了生产成本。OLED条纹的条纹基底可以例如通过对附加微腔顶层的选择蚀刻或通过经由掩模的合适的沉积来规定。在这些作为基础的条纹上然后形成阳极层的条纹（例如ITO条纹），例如经由掩模或通过阻挡层的条纹的选择蚀刻被沉积。最后在阳极条纹的顶部，通过合适的掩模，OLED条纹被再次沉积，且最终条纹化的阴极层（例如Al层）在顶部上。必要时，小的金属电流供给也被提供在OLED条纹之间的隔离条纹的部分内，与阳极的一侧具有接触。在另一个实施方式中，提供公共阳极层（没有交叉条纹）且借助于配置的条纹阴极进行电寻址。在进一步有利的实施方式中，一排微小透镜或柱面透镜被布置在载体衬底上，在底发射的情况下，在OLED条纹的相反侧。在柱面透镜的情况下，这些透镜被对准至OLED条纹。使用这些方法，进一步提高了光的外耦合。
附图说明
提出的装置通过与附图结合的实例描述在下面，其不限定由权利要求所限定的保护范围。附图示出了：
图1 根据本发明的OLED条纹示例性结构的示意图；
图2 对于具有优化的RC2结构的红色OLED条纹的模拟结果；
图3 根据本发明的实例的OLED条纹的布置；以及
图4 为改善所提出装置的外耦合效率的柱面透镜布置的示意图。
具体实施方式
提出的本发明的装置包括若干组并排布置在光学透明载体衬底上的条纹形OLED。图1示出了具有优化RC2设计的这些OLED之一的结构的实例。该OLED1由形成第一微腔的第一层状结构2和在载体衬底4上形成第二微腔的第二层状结构3构成。
第一层状结构２形成本领域公知的常规OLED。该层状结构２包括例如为ITO或AZO的薄的透明阳极层５、空穴注入层６、空穴传输层７、发射层８、电子传输层９、电子注入层10以及例如由Al、Ag或任何其他合适的金属形成的阴极层11。发射有机层８是这样的层，其中电子和空穴复合以发射所期望的光。
第二层状结构３布置在阳极层5和载体衬底4之间。在当前实例中的该层状结构3包括在两个高折射率层12之间的低折射率层13。高折射率层可以例如由TiO2或GaP形成，低折射率层13可以例如由SiO2形成。相应的折射系数，对于TiO2是n = 2.4，对于SiO2是n = 1.46 且对于GaP是n = 3.3，所有折射系数都是相对于近似为550nm的波长的。具有不同层材料的这样的OLED的发光功率效能的量度的比较示出了，第二层状结构3的折射率中的更高的差增加了外耦合效率，如同在TiO2和GaP的比较中能够看到的。
由这样的OLED发出的光穿过透明载体衬底4，例如玻璃衬底，且然后由布置在载体衬底4前面的散射箔14与装置的邻近OLED的发射相结合，其示意地指示在图1中。
表1：
| 层 | 层厚 [nm] |
| 阴极 (Al) | 100 |
| 电子注入 | 60 |
| 电子传输 | 10 |
| 发射 | 20 |
| 空穴传输 | 10 |
| 空穴注入 | 20 |
| 阳极 (ITO) | 50 |
表1示出了红色OLED层设计的第一层序列2的层厚度。针对三个不同的实施方式，第二层状结构的典型优化设计被示出在表2中。
表2：
| 50 nm ITO | 50 nm ITO | 50 nm ITO |
| 68 nm GaP | 80 nm TiO2 | 222 nm TiO2 |
| 29 nm SiO2 | 114 nm SiO2 | 83 nm SiO2 |
| 61 nm GaP | 59 nm TiO2 | 82 nm TiO2 |
| 衬底: 高折射率玻璃 | 衬底: 高折射率玻璃 | 衬底：浮法玻璃 |
前两个实例的高折射率玻璃可以由N-SF57制成。如同可以清楚地从以上实例认识到的，条件λ/4 = λ0/[4*n(TiO2)] = d(TiO2)对于TiO2的单层厚度不能被满足。由于有表2的上述非共形条件，得到了甚至更大的光的外耦合。SiO2层的λ/2条件的情况也如此。替代SiO2，也可以使用具有非常低折射系数的另一种材料，例如具有折射系数为n = 1.37的MgF2。
通常第二层序列被选择具有三至五层交替的材料和折射率。也可能使用对于该层序列来说具有高折射系数的不同的材料，例如NbOx和GaP或 NbOx和TiO2。
图2示出了具有RC2结构的红色OLED与仅具有一个微腔的OLED相比，在发光功率效能中的差异的实例；仅具有一个微腔，即仅由具有与具有RC2结构的OLED的第一层状结构的同样的层参数的第一层状结构组成。在该图中，具有浮法玻璃的载体衬底的参考OLED的曲线用19表示，具有高折射率玻璃的载体衬底的参考OLED的曲线用20表示，具有浮法玻璃（610nm）载体衬底和TiO2-SiO2-TiO2的第二层序列的RC2 OLED的曲线用21表示，具有浮法玻璃（620nm）载体衬底和TiO2-SiO2-TiO2的第二层序列的RC2 OLED的曲线用22表示，具有高折射率玻璃载体衬底和TiO2-SiO2-TiO2的第二层序列的RC2 OLED的曲线用23表示，且具有高折射率玻璃载体衬底和GaP-SiO2-GaP的第二层序列的RC2 OLED的曲线用24表示。使用模拟程序模拟的结果显示了，在610nm的波长处，与仅具有第一层状结构的参考OLED相比，发光效能增加到2.4倍。
为达到效能提高的第二层状结构的优化是通过适配该层状结构的不同层的厚度来完成的。优选地，对于提出的装置的所有OLED，该第二层状结构的仅仅一层对于不同的OLED被适配，优选地为最接近载体衬底的第三层。在装置在相应不同的方式中包括用于红色、绿色、和蓝色OLED的红色、绿色和蓝色OLED的情况下，该层然后为适应OLED的相应颜色而被适配。
进一步的模拟显示，在蓝色OLED的情况下，达到了1.6倍的提高，其比红色OLED的提高要少。对于具有发射材料Irrpy的绿色OLED，2倍的提高是可能的。因此，利用3至5层（2-3高折射率，1-2低折射率）的RC2结构的提高在蓝色波长范围（480 nm）内约为1.6，在绿色波长范围（540 nm）内约为2，且在红色波长范围（620 nm）内约为2.4。在发明装置的有利的实施方式中，例如，具有RC2结构的红色OLED的条纹可以与具有RC2结构的绿色OLED的条纹以及具有RC2结构的蓝色OLED的条纹相结合。蓝色OLED的条纹可以代替RC2结构而与有效的外耦合机制结合，例如通过利用微小透镜以及载体衬底在例如ITO的阳极和浮法玻璃的衬底之间的厚度为若干10μm、具有光学厚高折射率的衬底层（n = 1.75 - 1.85）。在OLED和载体衬底之间的这样的高折射率中间层还可以与RC2结构一起被提供，且然后布置在载体衬底和第二层状结构之间。
图3示出了本装置示例性实施方式的OLED条纹的示意性布置。在这种情况下，不同颜色OLED的不同条纹具有同样的宽度，然而其并不是强制性的。不同颜色OLED的宽度也可能是不同的，其解释了不同的发射效能，以得到白色光。该图示出了七组OLED，每组由红色OLED 15、绿色OLED 16和蓝色OLED 17构成。这样的装置具有高度H和宽度W的典型尺寸为：32 x 34 mm2或50 x 50 mm2。占空系数在80和90%之间。典型地单条纹的宽度在0.2和5mm之间，优选地在1和3mm之间。条纹的宽度可以适合于相应的发射器和想要的白光光谱（例如暖白光）或适合于期望的色点。这意味着用于红色、绿色和蓝色的条纹的宽度可以是不同的。例如，有效的绿色发射器的宽度可以近似为红色或蓝色发射器宽度的一半，或者绿色和蓝色发射器在一起可以具有等于红色发射器宽度的（加和）宽度。
在单条纹的缺口中布置有由电绝缘条纹分隔的两个导电条纹，用于接触相应OLED条纹的阳极和阴极。例如，用于接触阴极的导电条纹可以对于所有OLED条纹被布置在OLED条纹的左边或右边。红色、绿色和蓝色OLED条纹以并联形式供电。在该实施方式中，对于红色、绿色和蓝色使用单独的电压（三个电源）执行电流控制。图3中未示出散射箔和电连接以及电源。
考虑对于红色、绿色和蓝色的示例性发光效能近似为30 lm/W 红色、60 lm/W 绿色和10 lm/W 蓝色（在1000 nit； 1 nit = 1 cd/m2 = 1 lm/(sr*m2) ），并考虑最大提高的近似一半的提高的光外耦合（ILO）的光谱平均，所获得的值对于红色近似为51 lm/W，对于绿色近似为90 lm/W，且对于蓝色近似为13 lm/W。对于暖白光条纹OLED，得到的对于红色（例如：ADS076）、对于绿色（例如：加倍发射Irrpy）和对于蓝色（例如：BD-119）的权重为1 : 0.4 : 0.2。这意味着用于白色合成光谱的总效能为63 lm/W且色点为x = 0.485且y = 0.425。在1:0.5:0.25的R:G:B光谱组成处，得到了66 lm/W的白光的效能和x = 0.465且y = 0.425的色点。与50 lm/W的OLLA III混合白色的当前记录数据相比，这是显著的提高。
代替包括三个不同颜色的OLED，本装置也可以仅由两个不同颜色的OLED组成。具体地，红色/青绿色的组合可能是有利的，其中RC2结构用于红色OLED和例如来自微小透镜的外耦合散射箔，或者散射颗粒用于提高青绿色OLED的外耦合效率。另一个实例为蓝色和黄色的组合。在这种情况下，RC2结构可以用于蓝色OLED且外耦合散射箔可以直接被施加至用于黄色OLED的衬底，或者反之亦然。
在例如3至5mm的相对厚的衬底，即优选地比单条纹的宽度厚的情况下，用于混合不同颜色的扩散或者散射元件或者箔或者散射颗粒层也可以直接施加至载体衬底。
为了最佳的光外耦合，优选附加地将柱面透镜18施加至载体衬底。如在图4中示意地指示的，这些柱面透镜优选地沿着红色OLED条纹15、绿色OLED条纹16和蓝色OLED条纹17定位。柱面透镜18还可以由具有合适的半圆柱轮廓的紧凑板来实现，并可以借助于折射率匹配液体或折射率匹配粘合剂施加至载体衬底。对于相应条纹的中部，半柱面透镜具有类似微小提取器的效果，其将光非常有效地向外耦合。除扩散器或者散射元件之外，使用这样的柱面透镜以混合不同颜色。
虽然已经在图和之前的说明书中示例且详述了本发明，这样的示例和说明书应当被看作是说明性的或者示例性的而非限制性的。本发明不局限于公开的实施方式。如上所述的以及权利要求中的不同实施方式也可以组合。在实施请求保护的发明时，所属领域技术人员可以从对附图、公开和所附的权利要求的研究，理解并实现所公开实施方式的其他变化。例如，本发明不局限于白光的产生。OLED条纹的不同颜色也可以用来获得单色光。此外，描述在示例性实施方式中的装置的尺寸不局限于所指示的尺寸。取决于期望的光学效果，技术人员将会选择这些尺寸以及OLED条纹的不同颜色和它们的相应尺寸。
在权利要求中，文字"包括"并不排除其他元件或者步骤，且不定冠词"一"或"一种"并不排除复数。各措施被记载于互相不同的从属权利要求中，这一简单事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的参考标记不应被解释为限制这些权利要求的范围。
参考标记列表：
1 OLED
2 第一层序列
3 第二层序列
4 载体衬底
5 阳极层
6 空穴注入层
7 空穴传输层
8 发射层
9 电子传输层
10 电子注入层
11 阴极层
12 高折射率层
13 低折射率层
14 散射箔
15 红色OLED条纹
16 绿色OLED条纹
17 蓝色OLED条纹
18 柱面透镜
19 参考OLED（浮法玻璃）
20 参考OLED（高折射率）
21 RC2 OLED（浮法玻璃，610nm）
22 RC2 OLED（浮法玻璃，620nm）
23 RC2 OLED（高折射率，610nm）
24 RC2 OLED GaP（高折射率，610nm）
Claims (7)
1.一种发光装置，包括
- 并排布置在光学透明载体衬底（4）上的若干组条纹形有机发光二极管（15，16，17），
- 所述有机发光二极管（15，16，17）包括在第一电极层（11）和第二电极层（5）之间至少包括有机层或层堆叠的第一层序列（2），所述第一和所述第二电极层（5，11）形成第一微腔，所述第二电极层（5）比第一电极层（11）更靠近载体衬底（4），
- 每个组的至少两个有机发光二极管（15，16，17）被设计为发出不同颜色的光，
- 其中每个组的至少一个有机发光二极管（15，16，17）包括在第二电极层（5）和载体衬底（4）之间形成第二微腔的第二层序列（3），第二微腔的至少一层被适配厚度以增加相应有机发光二极管（15，16，17）的光输出，其中第二层序列（３）在两个较高折射率层（12）之间至少包括较低折射率层（13），
- 且其中散射或扩散元件（14）被布置在载体衬底（4）前面的有机发光二极管（15，16，17）的发射方向中，所述元件（14）混合每个组的所述不同颜色的光，所述光离开载体衬底（4）。
2.根据权利要求1的装置，其中载体衬底（４）为折射率在1.7和1.9之间的高折射率玻璃衬底。
3.根据权利要求1的装置，其中载体衬底（４）为玻璃衬底，其折射率第一层序列（2）在没有第一电极（11）的情况下的平均折射率的+/- 10%的范围内。
4.根据权利要求1的装置，其中第二层序列（3）的较高折射率层（12）和较低折射率层（13）之间的折射率差至少为0.8。
5.根据权利要求1的装置，其中通过变化仅一个较高折射率层（12）来达到第二微腔的至少一个层的厚度的所述适配。
6.根据权利要求1的装置，其中每个组包括发射红光、绿光和蓝光的有机发光二极管（15，16，17）。
7.根据权利要求1的装置，其中微透镜或柱面透镜（18）附至载体衬底（４）以提高光的外耦合。
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