CN102934252A - 具有受控发射的透明发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光装置，其包括：透明衬底(11)；布置在所述衬底(11)上的部分透明阳极层(12)或层组件；布置在所述阳极层(12)上的发光层(13)；以及布置在所述发光层(13)上的透明阴极层(14)；其中所述阳极层(12)或层组件包括面向所述衬底(11)的第一表面(15)和面向所述发光层(13)且相对所述第一表面(15)定位的第二表面(16)；所述第一表面(15)包括透明导电材料；所述第二表面(16)包括第一畴区(17)和第二畴区(18)；所述第一畴区(17)是导电和不透明的；所述第二畴区(18)是透明和电隔离的；以及所述第一畴区(17)直接接触所述发光层(13)并且布置成允许所述第一表面(15)和所述发光层(13)之间的电接触。该发光装置可以应用在透明OLED装置中以允许受控发射的可能性。
Description
技术领域
本发明涉及具有发射控制的透明发光装置。
背景技术
有机发光装置是基于这样的原理，有机发光层布置在两个电极之间，其中所述电极其中之一是至少部分透明的，使得光可以被发射。通过使用具有高透明度的电极，可以实现强的发射并且因此实现高的效率。当前发展集中于两个电极都是至少部分透明的透明有机发光装置(OLED)。因此，透明OLED装置在前侧和背侧同时发射。对于若干应用，会期望具有在两个方向上的发射。然而对于其它应用，控制发射方向将是优选的。例如高的透明度结合减小或者甚至没有从背侧的发射以及从发光装置前方的良好发射，这会是有利的。
在WO2010/046833A中描述了一种OLED，其包括位于阳极和阴极之间的有机层以及在阳极或者阴极上的反射镜层，其中反射镜层被结构化成不透明区和透明区。该OLED在透明区可以完全或者部分去激活。通过这种结构，可以使该OLED对于光是透明的，并且同时在某种程度上可以控制发射。不透明反射镜区阻挡光发射并且将光反射到期望方向。
然而，本领域中仍存在对于这样的解决方案的需求，该解决方案提供了改进的对透明发光装置的发射控制。
发明内容
本发明的目的是至少部分克服现有技术的问题，并且提供一种具有改进的发射控制的发光装置以及一种有利的制造这种装置的方法。
根据第一方面，本发明涉及一种发光装置，其包括：透明衬底；布置在衬底上的部分透明阳极层或阳极层组件；布置在阳极层上的发光层；以及布置在发光层上的透明阴极层；其中阳极层或阳极层组件包括面向衬底的第一表面和面向发光层的第二表面，第二表面相对(opposite to)第一表面定位；第一表面包括透明导电材料；第二表面包括第一和第二畴区；第一畴区是导电和不透明的；第二畴区是透明和电隔离的；以及第一畴区直接接触发光层并且布置成允许第一表面和发光层之间的电接触。藉此，实现对发射方向的非常高效的控制。例如，本发明允许制作改进的单侧发射透明OLED装置，以及制作在一侧发射一种颜色的光并且在装置的相对侧发射第二种颜色的光的透明发光装置。同时，由于可以实现对发射方向的高的控制，该发光装置可以制作成具有高的光学透明度。
在本发明各实施例中，发光装置的阳极的第一表面包括导电聚合物。通过使用导电聚合物，可以获得具有改进柔性的发光装置。
在本发明各实施例中，发光装置的第一表面包括至少一种导电氧化物，诸如ITO或者AlZnO材料。通过针对第一表面使用氧化物材料，实现了在制作下一层期间的损伤风险，因为例如阳极的第二表面可以使用选择性氧化来制作，而不担心第一表面是否将受到该氧化影响，这是因为第一层已经是氧化物的形式。
在本发明各实施例中，阳极的第二表面的第一畴区包括金属或合金，优选地为诸如Ag、Pd、Ni、Al、Cu等的电镀金属。通过使用金属或合金，可以制作高度导电的表面。对于使用电镀金属的情形，这提供了降低制作成本的可能性。
在本发明各实施例中，发光装置的阳极的第二畴区包括隔离透明聚合物。通过使用隔离透明聚合物，可以获得具有改进的柔性的发光装置。
在本发明各实施例中，发光装置的阳极层的第二畴区包括玻璃，诸如SiO2。通过使用玻璃材料，可以获得高透明度。另外，可以使用诸如SiN或者AlO的陶瓷材料。
在本发明各实施例中，发光装置的第二表面包括具有第一和第二畴区的金属层，该金属层在第一畴区包括为不被氧化的形式的至少一种金属或合金并且在第二畴区被氧化。通过使用具有这种第一和第二畴区的金属层，有可能以低成本实现具有高效的交替的导电不透明畴区和透明不导电畴区的发光装置。此外，它提供了通过较少制造步骤来制作装置的可能性。
在本发明各实施例中，发光装置的阳极层可由部分为氧化的形式的至少一种金属或合金层组成，其中第一表面和第一畴区为不被氧化的形式，并且第二畴区为氧化的形式。通过使用具有这种第一和第二畴区和这种第一表面的金属层，有可能以低成本地实现具有交替的导电不透明畴区和透明不导电畴区以及导电第一表面的高效发光装置。此外，它提供了通过较少制造步骤来制作装置的可能性。
在本发明各实施例中，发光装置还包括布置在阴极上的附加发光层；以及布置在附加发光层上的附加部分透明阳极层或阳极层组件，其中附加阳极层或阳极层组件包括面向附加发光层的第一表面和相对第一表面定位的第二表面；第一表面包括第一和第二畴区；第一畴区是导电和不透明的；第二畴区是透明和电隔离的；第二表面包括透明导电材料，以及其中第一畴区直接接触发光层并且布置成允许第二表面和发光层之间的电接触。通过使用这种层布置，有可能实现具有非常先进的发射控制可能性的装置。例如，有可能产生从装置的不同侧在相对方向上发射的两种不同颜色或者光图案。
根据第二方面，本发明涉及一种包括根据如上所述发光装置的OLED，其中发光层包括有机材料。该OLED可以是柔性OLED，并且可以应用于例如灯，内窥镜、窗户或者安全应用。通过在OLED中使用本发明的发光装置，在可以控制发射方向的同时，可以实现高的柔性。此外，维持装置的高透明度。
根据第三方面，本发明涉及一种制造如上所述的发光装置的方法，其包括：提供透明衬底；在衬底上提供具有面向衬底的透明和导电的第一表面的部分透明阳极层或阳极层组件，其中该阳极层或阳极层组件设有不透明导电材料的第一畴区和透明电隔离材料的第二畴区；在阳极层或阳极层组件上提供发光层；以及在发光层上提供透明阴极层，其中第一畴区直接接触发光层并且布置成允许第一表面和发光层之间的电接触。藉此，可以制作具有如上所述优点的发光装置。另外，该方法允许一种成本有效的方式来制作具有高透明度、高柔性和受控发射的可能性的发光装置。
在本发明各实施例中，通过下述提供阳极层组件：在衬底上应用透明导电材料的第一子层；以及应用透明和电隔离材料的不连续第二子层以部分覆盖第一子层；应用不透明导电材料到不被所述不连续第二子层覆盖的所述第一子层的区域。藉此，第一和第二表面的材料可以改变，使得就功能而言以及就发光装置制造期间材料退化风险最小化而言，所述材料可以被优化。
在本发明各实施例中，通过下述提供阳极层：应用透明导电材料的第一子层；应用金属或合金的第二子层；以及选择性氧化第二子层，因而形成第一和第二畴区。藉此，提供了一种成本有效的方法，因为该方法对于第一和第二畴区二者仅仅涉及一个应用步骤。
在本发明各实施例中，通过下述进行选择性氧化：部分覆盖第二子层；氧化第二子层的未被覆盖畴区。藉此，有可能实现具有交替的导电不透明畴区和透明不导电畴区的装置。另外，不需要蚀刻步骤。
在本发明各实施例中，通过下述提供阳极层：应用金属或合金的层；将该层的表面选择性氧化到预定深度，由此形成第一表面以及导电材料的第一畴区和不导电材料的第二畴区。藉此，提供了一种成本有效的方法，因为该方法仅仅涉及用于包括第二表面的第一和第二畴区以及第一表面的阳极层的一个单一应用步骤。
在本发明各实施例中，应用阳极层可包括使用金属的电镀。使用电镀的优点在于，与制作标准透明OLED相比，它不需要额外的步骤，并且电镀是低成本的金属沉积步骤。另外，与诸如选择性氧化工艺的其它沉积工艺相比，该工艺的控制更简单。
注意，本发明涉及权利要求中提到的特征的所有可能组合。
附图说明
参考示出本发明的(多个)实施例的附图，现在将更详细地描述本发明的这些和其它方面。
图1示出根据本发明的发光装置的第一示例。
图2示出根据本发明的发光装置的第二示例。
图3a-d示出根据本发明的制造发光装置的方法的示例。
图4a、4b和4c示出根据本发明的制造阳极层的三种不同方法。
具体实施方式
本发明涉及具有控制发射方向的可能性的透明发光装置，该装置的制造方法，以及该装置在诸如柔性透明OLED的透明OLED中的用途。该装置作为灯，在内窥镜中，在用于窗户的标识中，或者在安全应用中是特别有用的。在下文的详细描述中，将描述本发明的优选实施例。然而将理解，除非特别地指出任何别的事项，不同实施例的特征在所述实施例之间是可互换的并且可以按照不同方式组合。
如图中说明，层和区域的尺寸被夸大以用于说明目的，并且因此被提供以说明本发明各实施例的通常结构。相似附图标记始终指代相似元件。
图1说明根据本发明的发光装置的示例。发光装置10包括透明衬底11；布置在衬底11上的部分透明阳极层组件12；布置在阳极层组件12上的发光层13；以及布置在发光层13上的透明阴极层14。阳极层组件12包括面向衬底11的第一表面15和面向发光层13且相对第一表面15定位的第二表面16。第一表面15包括透明导电材料；第二表面16包括第一和第二畴区17、18。第一畴区17是导电和不透明的，并且第二畴区18是透明和电隔离的。第一畴区17直接接触发光层13并且布置成允许第一表面15和发光层13之间的电接触。发明人发现通过使用交替的导电不透明畴区17和不导电绝缘畴区18，可以实现对发射方向的出色控制。例如由于包括隔离透明畴区和导电不透明畴区的表面或层允许对发射方向非常高效的控制，这种发光装置是有利的。该发光装置对于单侧发射类型OLED装置和OLED是特别有利的。它也适合于量子点装置。
透明衬底11可以由玻璃或者塑料制成并且可以包括防潮层从而延长装置的寿命。衬底可以是平坦衬底或者是例如用于透镜的弯曲衬底。透明阳极层组件12可以由两个或更多个子层制成，其中下层可以由基本上透明和导电材料制成，形成第一表面15；并且上层可以由交替的透明电隔离材料和不透明导电材料制成，形成第二表面16。如此处使用，下是指更接近衬底11并且上是指更接近发光层13。
如此处使用，“透明材料”是指半透明、部分透明或完全透明的材料。例如，“透明材料”可涉及这样的材料，其允许至少20%的入射光穿过该材料。“透明”还旨在包括允许光传输通过该层，例如形成网格结构的层的可能性。
现在将更详细描述图1的阳极层组件12。阳极可以通过使用第一子层19和与第一子层接触的第二子层20来制作，由此形成层组件12。阳极层组件的第一子层19可以由下述制成：基本上透明导电氧化物，例如ITO，或者AlZnO材料，或者透明导电聚合物。例如，第一子层可以由金属层形成，该金属层非常薄例如低于0.1μm，或者该金属层具有网格结构。第二子层20可包括或者可以由交替的导电不透明畴区17(第一畴区)和不导电绝缘畴区18(第二畴区)形成。导电不透明畴区17布置在该层内以允许第一子层19和发光层13之间的电接触。第二子层20的第一畴区17可以由不透明导电聚合物、导电氧化物或者诸如Ag、Pd、Ni等的导电金属或合金制成，而第二畴区18可包括隔离透明聚合物或者玻璃，诸如SiO2或者基于SiN或AlO的陶瓷材料。可替换地，第一畴区17可以是金属或合金的叠层，例如包括提供与第一子层19的良好附着的第一金属或合金以及提供对发光层13的良好电荷注入的第二金属或合金。对于促进附着的金属，也可以使用诸如TiN或者TiWN的掺杂金属。
可替换地，阳极可以由具有第一和第二表面的单一层形成，第二表面包括所述第一和第二畴区。
发明人发现有若干优选方式来制作阳极层组件12。
在第一示例中，发光装置的阳极层组件包括由诸如ITO或者AlZnO的导电氧化物制成的第一子层，而第二子层由部分氧化的金属或合金材料(例如Al)制成。在第二子层的第一畴区中，金属或合金为不被氧化的形式，而在第二畴区中，金属或合金为氧化的形式以提供隔离。
在第二示例中，发光装置的整个阳极层组件12由金属或合金制成，其中为不被氧化的形式的金属或合金形成第一子层，并且第二金属子层被部分氧化以形成不被氧化的第一畴区从而提供导电性，以及形成氧化的第二畴区以提供电隔离。在此示例中，第一子层的厚度选择为足够薄以允许光传输通过第一子层。可替换地，第一子层可以是不连续的，并且允许光传输通过网格中的空间。
在第三示例中，阳极层组件12包括诸如ITO的导电氧化物的第一子层，导电第一畴区17由金属或合金制成并且第二畴区18由SiO2制成。
优选地，远小于70%的第二表面16被不透明畴区覆盖。例如，约10-50%的该表面可以被不透明畴区覆盖。可替换地，甚至更小的，诸如低于10%的第二表面16可以被不透明畴区覆盖。取决于期望外观，导电畴区的形状和布置可以自由地选择。例如，可以使用方形、矩形、圆形、网格或者蜂窝形的点。第一畴区可以布置在第一畴区的规则图案中或者可以按随机方式布置在阳极层中。后一种布置的优点在于可以减小或抑制干涉和莫尔效应。除了点之外的形状，例如条、同心圆也是可能的，因而提供了最终外观中更多的设计自由度，特别是对于其中金属区域是可见的实施方式。
发光层13可以由传统光活性材料的一个或若干层制成。光活性材料可以由诸如有机磷光体的有机材料制成，或者可包括陶瓷磷光体材料。合适的材料的示例包括量子点材料。
透明阴极层14可以由诸如银层的金属层制成。为了实现基本上透明阴极层，金属层可以由诸如低于100μm的非常薄的金属层形成。可替换地，透明阴极层可以由导电氧化物、聚合物或者不连续层或网格结构化的金属层制成。
此外，发光装置可包括诸如电荷输运层、电荷注入层等的附加功能层。
图2说明根据本发明的发光装置的另一示例。
此发光装置20具有与图1的装置相同的层结构10，并且它还包括布置在阴极层14上的附加发光层21，以及布置在附加发光层21上的附加部分透明阳极层组件22。附加阳极层组件22包括面向附加发光层21的第一表面23和相对第一表面定位的第二表面27。第一表面23包括第一和第二畴区25、26。第一畴区25是导电和不透明的，而第二畴区26是透明和电隔离的。第二表面27包括透明导电材料，并且第一畴区25直接接触发光层21且布置成允许第二表面27和发光层21之间的电接触。第一和第二畴区25、26可以是如上文针对畴区17、18所描述的那样。
注意，阳极层组件22可以被具有所述第一和第二表面的单一阳极层取代，第二表面包括如此处描述的所述第一和第二畴区。
如图中所说明，发光装置20可以在两个方向上发射光。由于发光层的光活性材料的选择、波长转换材料的存在等，在不同方向上发射的光可以是不同颜色的。此外，装置20是光学透明的，如粗的向下箭头所表示。
图3a-d示出根据本发明的制造发光装置的方法的示例。该方法包括下述步骤：(A)提供例如玻璃或者塑料的透明衬底(图3a)；(B)在衬底上提供部分透明阳极层组件(图3b)；(C)在阳极层组件上提供发光层(图3c)；以及(D)在发光层上提供透明阴极层(图3d)。在该方法中，阳极层组件设有面向衬底的透明和导电的第一表面，并且设有不透明导电材料的第一畴区以及透明电隔离材料的第二畴区。另外，第一畴区直接接触发光层并且布置成允许第一表面和发光层之间的电接触。
图4a、4b和4c示出根据本发明的用于制造阳极层或阳极层组件的三种不同方法步骤。
在图4a中，通过下述提供阳极层组件：(a1)在衬底11上应用透明导电材料的第一子层19；(a2)提供透明和电隔离材料的不连续第二子层20以部分覆盖第一子层19；以及(a3)在不被所述不连续第二子层覆盖的所述第一子层上的区域中应用不透明导电材料。这可以通过例如下述来完成：在衬底上应用例如ITO，随后在该ITO层上沉积诸如SiO2的隔离透明材料的连续层。为了将连续隔离层转变成不连续层，连续层的部分被诸如传统有机涂层的保护材料覆盖，并且随后隔离层的部分通过蚀刻被移除，例如通过使用剥离溶液(stripper solution)或等离子体蚀刻。随后，使用例如电镀将金属沉积在隔离层的所形成的孔内。保护涂层可以或者在蚀刻步骤之后立即被移除，或者在沉积金属之后被移除。后一情形提供的优点在于，可以避免在该结构的不期望的区域处进行金属沉积。金属也可以沉积在整个表面上并且利用例如抛光在隔离区域的顶部被移除。
在图4b中，通过下述提供阳极层组件：(b1)应用透明导电材料的第一子层19；(b2)应用金属或合金的第二子层20；以及(b3)选择性氧化第二子层，由此形成第一和第二畴区17、18。这例如可以通过下述来完成：在衬底上应用ITO的第一子层，随后添加Al的第二子层，随后通过印刷或光刻利用结构化抗蚀剂覆盖层组件的将保持导电的部分(即第一畴区)，以及随后将Al层的未被覆盖部分向下氧化到ITO层，因此形成Al2O3的电隔离畴区。随后可以移除抗蚀剂。可替换地，导电惰性材料在第一畴区是期望的位置应用在第二子层上。金属畴区17仍是不透明的，而氧化的畴区18通过该氧化变为透明的。
在图4c中，通过下述提供阳极层：(c1)应用金属或合金的层12；(c2)将层12的表面选择性氧化到预定深度，由此定义导电材料的第一畴区17，所述畴区在该氧化中没有起反应；并且由此形成不导电的氧化材料的第二畴区18(氧化区)。选择性氧化可以通过下述进行：部分覆盖第二子层；以及将第二子层的未被覆盖畴区向下氧化到预定深度。金属畴区17保持不透明，而氧化的畴区18由于氧化变得透明。第二畴区18下方的区域中的金属层应提供透明度。例如，第二畴区18下方的金属区域可以足够薄而是透明的。第二畴区18下方的金属区域也可以设有孔或者通道，或者可以是不连续的，使得它允许光穿过该层。例如，对于一些应用，可以选择与阳极层12的总厚度的例如至少30-70%对应的氧化深度。此外，如果使用不连续层，这要求导电畴区通过导电畴区的网络结构，例如第一畴区的网格图案化结构而电连接，或者要求第一畴区单独地电连接。在不连续层是期望的一些应用中，会有可能将阳极层的畴区的部分向下氧化到衬底。
在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应解读为限制权利要求。动词“包括”及其变型的使用不排除存在权利要求中列出的元件或步骤之外的元件或步骤。元件前的不定冠词"一"("a"或"an")不排除存在多个这种元件。本发明可以借助包括若干不同元件的硬件来实施。在列举若干设备的装置权利要求中，若干的这些设备可以由相同的一项硬件来实施。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
Claims (16)
1.一种发光装置(10)，包括：
透明衬底(11)；
布置在所述衬底(11)上的部分透明阳极层或阳极层组件(12)；
布置在所述阳极层(12)上的发光层(13)；以及
布置在所述发光层(13)上的透明阴极层(14)；其中
所述阳极层或层组件(12)包括面向所述衬底(11)的第一表面(15)和面向所述发光层(13)且相对所述第一表面(15)定位的第二表面(16)；
所述第一表面(15)包括透明导电材料；
所述第二表面(16)包括第一和第二畴区(17、18)；
所述第一畴区(17)是导电和不透明的；
所述第二畴区(18)是透明和电隔离的；以及
所述第一畴区(17)直接接触所述发光层(13)并且布置成允许所述第一表面(15)和所述发光层(13)之间的电接触。
2.根据权利要求1的发光装置，其中所述第一表面(15)包括导电聚合物。
3.根据权利要求1的发光装置，其中所述第一表面(15)包括至少一种导电氧化物。
4.根据权利要求1的发光装置，其中所述第一畴区(17)包括金属或合金。
5.根据权利要求1的发光装置，其中所述第二畴区(18)包括隔离透明聚合物。
6.根据权利要求1的发光装置，其中所述第二畴区(18)包括陶瓷材料或者玻璃材料。
7.根据权利要求4的发光装置，其中所述第二表面(16)包括具有所述第一和第二畴区(17、18)的金属层，该金属层包括在所述第一畴区(17)为不被氧化的形式并且在所述第二畴区(18)被氧化的至少一种金属或合金。
8.根据权利要求4的发光装置，其中所述阳极层(12)由部分为氧化的形式的至少一种金属或合金层组成，其中所述第一表面(15)和所述第一畴区(17)为不被氧化的形式，并且所述第二畴区(18)为氧化的形式。
9.根据权利要求1的发光装置(10)，还包括：
布置在所述阴极(14)上的附加发光层(21)；以及
布置在所述附加发光层(21)上的附加部分透明阳极层或层组件(22)，
其中
所述阳极层或层组件(22)包括面向所述附加发光层(21)的第一表面(23)和相对所述第一表面(23)定位的第二表面(27)；
所述第一表面(23)包括第一和第二畴区(25、26)；
所述第一畴区(25)是导电和不透明的；
所述第二畴区(26)是透明和电隔离的；
所述第二表面(27)包括透明导电材料，以及其中
所述第一畴区(25)直接接触所述发光层(21)并且布置成允许所述第二表面(27)和所述发光层之间的电接触。
10.一种OLED，包括根据权利要求1至9中任何一项的发光装置。
11.一种制造发光装置的方法，包括：
提供透明衬底(11)；
在所述衬底(11)上提供部分透明阳极层或层组件(12)，其中该阳极层或层组件(12)具有面向所述衬底(11)的透明和导电的第一表面，其中所述阳极层或组件(12)设有不透明导电材料的第一畴区(17)和透明电隔离材料的第二畴区(18)；
在所述阳极层(12)上提供发光层(13)；以及
在所述发光层(13)上提供透明阴极层(14)，
其中所述第一畴区(17)直接接触所述发光层(13)并且布置成允许所述第一表面(15)和所述发光层(13)之间的电接触。
12.根据权利要求11的方法，其中通过下述提供阳极层(12)：
在所述衬底(11)上应用透明导电材料的第一子层(19)；
应用透明和电隔离材料的不连续第二子层(20)以部分覆盖所述第一子层(19)；
在所述第一子层上不被所述不连续第二子层(20)覆盖的区域(17)中应用不透明导电材料。
13.根据权利要求11的方法，其中通过下述提供所述阳极层：
应用透明导电材料的第一子层(19)；
应用金属或合金的第二子层(20)；
选择性氧化所述第二子层(20)，由此形成所述第一和第二畴区(17、18)。
14.根据权利要求13的方法，其中通过下述进行所述选择性氧化：
部分覆盖所述第二子层(20)；以及
氧化所述第二子层(20)的未被覆盖畴区。
15.根据权利要求11的方法，其中通过下述提供所述阳极层(12)：
应用金属或合金的层；
将所述层的表面选择性氧化到预定深度，由此形成导电材料的所述第一畴区(17)和电隔离材料的所述第二畴区(18)。
16.根据权利要求11的方法，其中应用阳极层(12)包括使用金属的电镀。
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20160331 Address after: Aachen Applicant after: KONINKLIJKE PHILIPS N.V. Address before: Holland Ian Deho Finn Applicant before: Koninklijke Philips Electronics N.V. |
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Granted publication date: 20160615 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |