CN104937738B - 具有优化光输出的照明模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种照明模块(1)，该照明模块包括一个板状有源元件(5)，该板状有源元件具有两个电极层(11b，13b)和位于这些电极层(11b，13b)之间的一个发光层(12b)，并且包括一个透明板状支撑元件(10)，该有源元件(5)位于该透明板状支撑元件上，至少面向该支撑元件(10)的该电极层(11b)是透明的。在所述照明模块中，该透明电极层(11b)具有一个厚度周期性变化的结构。
Description
本发明涉及一种照明模块，该照明模块具有一个板状发光有源元件，所述有源元件被安排在一个载体元件上。特别是，该有源元件可以是一种OLED(有机发光二极管)结构或一种QLED(量子点发光二极管)结构。
近年来，由于可以替代常规光源如白炽灯泡或荧光灯的新型光源的性能的改善，新型光源的发展取得了显著进步。除了基于半导体的基本上为点状光源的常规发光二极管(LED)之外，在这种情况下，尤其是OLED或QLED已经占据了舞台中心，因为新型的平面光元件可在这种结构的基础上得以实现。作为与常规的LED相比亮度适中的平面发光元件，OLED或QLED理想地适合生产平面扩散光源。这些光源的应用可能性非常多样，因此近年来在该领域取得了显著的发展。由于其设计，OLED或QLED具有所谓的朗伯源的性能，这种朗伯源在任何所期望的发光角度均具有恒定亮度。相应地，其尤其适合形成大面积光源。
与有机太阳能电池一样，有机发光二极管是所谓的薄膜组件。在这种情况下，在一个玻璃载体(所谓的衬底)上沉积多个微薄的有机材料层。在这种情况下，单独的薄层可仅为几纳米厚。如果使用有机LED，施加在衬底上的薄层形成上述有源元件并具有至少两个相互相对的电极层，在电极层之间安排有一个或多个有机材料层。当施加一个电压时，该有机材料发光。必然地，这两个电极之一(通常被安排在该玻璃载体上的电极)在这种情况下需要是透明的。为了形成一个这样的透明电极，相应地使用一种透明导电氧化物(TCO)，例如铟锡氧化物(ITO)。
在带该透明电极的上述设计的情况下，与透明电极一样，有机材料或有机层具有比玻璃载体或衬底更高的折射率。这会导致该有机层和该电极之间的界面处(尤其是该电极和该衬底或玻璃载体之间的界面处)的光的全内反射，其中这种所反射的光束则将不再可用于光发射并相应地丢失。因此，由于折射率的这些不同，界面处发生光损耗，这导致OLED的效率下降。在从一开始就提到的QLED的情况中，也存在类似的问题。
因此，本发明基于以下目的：提高这种OLED或QLED结构的情况下的光的耦合出，以便相应地增加这类元件的效率。
该目的是通过根据本发明的一种照明模块和形成照明模块的一种方法实现的。
根据本发明的解决方案是基于以下概念：在其厚度方面配置OLED结构的该透明电极，其方式为使得实现优化的光发射。特别是，旨在避免该有机层和该电极之间或该透明电极与该载体衬底之间的界面处上述全内反射。与先前已知的OLED(透明电极在其中表现为厚度一致的层)相比，根据本发明，规定现在周期性地将该透明电极层配置为具有变化的厚度。在这种情况下，已表明光束以更有利的角度主要照射在界面上，并且相应地可避免或至少部分地抑制非期望的全内反射。
因此，依据本发明，提出了一种照明模块，该照明模块具有：一个板状的有源元件，该有源元件具有两个电极层和被安排在这些电极层之间的一个发光层；以及一个透明的板状载体元件，其上安排有该有源元件，其中至少面向该载体元件的该电极层是透明的。此外，依据本发明，该透明电极层被配置的方式为使得其具有周期性变化厚度的结构。
依据本发明，优选地在该载体元件上安排该电极层的过程中进行该电极层的结构化。在这种情况下，优选地，具体地规定通过沉积相应的材料将该透明电极施加在该载体元件上，其中然后可以使用相应配置的所谓的荫罩(shadow mask)实现该结构化。例如，这可具有一个网格结构，这样使得该电极层的厚度沿着一个方向周期性地变化。这是实现该电极层的所期望的结构化的一个简单措施，这样使得可以用非常低的复杂性水平优化OLED或QLED的效率。在这种情况下，该透明电极层在其面向该载体元件的一侧被设计是平坦的或者其平坦地抵靠该载体元件。
该有源元件的其他层也可通过相应的施加或沉积被安排在该透明电极层上。在这种情况下，该有源元件的其他层优选地具有基本上恒定的厚度或其遵循其厚度周期性地变化的该透明电极的结构。这带来以下优点：尤其是由于该有机材料在整个区域上的均匀厚度，得以实现基本上均匀一致的光发射。
本发明的特别有利发展还可在于将所谓的金属网格嵌入该透明电极层中。这是特殊安排的导体轨道或金属轨道，通过这些导体轨道或金属轨道优化该有源元件的整个区域上的均匀电流流动。在这种情况下，此金属网格补偿该透明电极的极低导电率。
其次，该网格的这些金属轨道或导体轨道是不透明的并可能相应地损害该照明模块的光发射的均匀性。依据一个有利的发展，因此规定该网格的这些导体轨道或金属轨道精确地安排在该电极层在其中具有增加的厚度的那些区域内。由于其变化的厚度，该电极层充当一个透镜式光元件，该光元件稍微偏转或衍射光束，其方式为使得该金属网格对光发射具有更少的破坏性影响。也就是说，在此优选的实施例中，首先优化均匀的电流流动以及相应地该有机层中的光发射，其次，根据本发明，该透明电极层的配置可导致该金属网格对光发射具有更少的破坏性影响。
依据本发明，还提出了一种用于构造平面照明模块的方法，其中将一个板状有源元件安排在一个透明的板状载体元件上，所述有源元件具有两个电极层和位于这些电极层之间的一个发光结构，其中面向该载体元件的该电极层是透明的并且根据本发明通过沉积施加在该载体元件上，其方式为使得该电极层具有变化厚度的周期性结构。
在下文中将参照附图更详细地解释本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的横截面图中的照明模块的第一示例性实施例；
图2示出了用于实现根据本发明的透明电极结构的有利步骤；
图3示出了根据本发明的横截面图中的照明模块的第二示例性实施例，以及
图4示出了对应现有技术的有机LED的设计。
首先将参照图4在以下对本发明所基于的问题进行解释，图4示出了对应现有技术的横截面图的OLED结构1。一个平面透明玻璃衬底10被用作用于整个结构1的载体，其中在所述玻璃衬底上进一步安排多个其他层或结构。尤其是，该载体衬底10充当所谓的有源元件5的载体，该有源元件由多个层组成。在所展示的示例性实施例中，在这种情况下，多个有机层12a被安排在两个电极11a和13a之间。当一个电压被施加在两个电极11a和13a上时，这些有机层12a产生光，其旨在通过该载体衬底10发射。这两个电极层11a、13a的至少一个电极层(在目前这种情况下电极11a)需是相应地透明的并通常通过合适的方法如所谓的溅射法平坦地施加在该衬底10上。然后施加其他层12a和13a。
因此，所示结构的光发射通过以下事实而实现：在该有机层12a内产生光并通过该透明电极11a和该载体衬底10发射。在这种情况下，通常将具有比该衬底10高的折射率然而以与该有机材料或有机层相同的方式的透明导电氧化物(TCO)用作该透明电极11a的材料。以不利角度照射在该透明电极11a和该载体衬底11之间的界面上的光束会相应地受到全内反射并失去期望的光发射。也就是说，在图4展示的并且从现有技术已知的配置中，可发生光损耗，这对于整个OLED的效率具有负面影响。
为避免这个问题，对应图1示出的，提出对安排在该载体衬底10上的这些层进行配置，尤其是该透明电极层。由此可见，在这种情况下，尤其是该电极层11b不再被配置为一个均匀平坦或平面层，而是具有某种结构，从而使得其在高度或厚度方面周期性地变化。在所示的示例性实施例中，该电极层11b具体为波浪形。
这种波浪形结构也以同样的方式出现在下述层中，即，在这些有机层12b和该电极层13b中。这由以下事实导致：这些有机层12b仍然具有恒定的厚度，这对于在该OLED结构1的区域上生成光的过程中保持均匀性是有利的。
在这种情况下，该透明电极11b的结构导致所述电极衍射光束，其方式为使得光束以一个更有利的角度照射在该电极层11b和该衬底10之间的界面上。在此界面处受到全内反射的光束比例大幅降低，并且光发射的效率相应地增加。以相同的方式，该结构还对光从这些有机层12b传输至该电极11b具有有利影响。由于折射率不同，在此界面处也可能发生全内反射，但所述全内反射至少被OLED的这些层的新型结构部分抑制。
图2示出了用于形成根据本发明的电极层11b的结构的一个优选步骤。通常可通过在该玻璃衬底10上沉积适合的材料如铟锡氧化物(ITO)施加该层。依据本发明，规定在一个所谓的荫罩30的帮助下进行施加，在所示的示例性的实施例中，该荫罩为一个网格的形式，该网格具有彼此均匀间隔开的多个开口40。形成该透明电极11b的材料现在只能通过这些开口40输出到该玻璃衬底10上，其中当选择该荫罩30和该玻璃衬底10之间的相应间距时发生所示的所述波浪形结构。也就是说，即使在这些开口40的外部区域内，该电极材料的沉积在该玻璃衬底10上发生，其中然而在这种情况下然后导致厚度变小。因此，借助此措施，该电极层11b的有利结构可以通过一种很简单而高效的方式实现。如前所述，通过选择相应的参数(即该荫罩和该衬底之间的间距、这些开口的尺寸和安排)，可以通过一种期望的方式适配该电极11b的相应表面轮廓。
图3展示了根据本发明的解决方案的一个有利发展。在这种情况下，为了提高该透明电极11b的仍然低的导电率，使用所谓的网格形式的一个附加结构化金属层。该附加结构化金属层包括多个导体轨道或金属轨道20，这些导体轨道或金属轨道20被安排在该载体衬底10的表面上并且被嵌入该电极层11b中。该金属网格的这些轨道20优选地在该结构的区域上均匀分布，以便实现整个区域上的均匀电流流动并提高光发射的均匀性。
另一方面，这种金属导轨或导体导轨20当然是不透明的并可能相应地对OLED的光发射具有破坏性影响。因此依据本发明，规定该透明电极层11b的波浪形或周期性结构对应该金属网格的这些轨道的安排。换言之，该电极层11b精确地在还安排有该金属网格20的这些导体轨道20的那些区域内的厚度更大，这从图3的截面图可以看出。因此在这种情况下，该结构优选地在这些导体轨道20的方向上具有所谓的平移不变性，即该层的波浪特性只在图3的图示的平面中发生，而在与其垂直的平面或在这些导体轨道20的方向上，该电极层11b的厚度不变或恒定。然而，根据本发明，还可想象的是二维地进行该电极层11b的结构化，尤其在未使用金属网格的情况中。于是，当将该电极材料施加在该衬底上时，可代替网格将一个穿孔罩用作荫罩。
在图3中使用多个光束60示出该电极层11b的结构化的效果。由此可见，由于该电极层11b的结构化，所述电极层充当一个透镜，确切地其方式为使得嵌入该电极层11b中的该网格20的这些金属轨道仅产生比较低的阴影水平。因此，光束60被偏转，其方式为使得光束通过这些导体轨道20从该有源元件5导出到该载体衬底10中。通过使用在该载体衬底10的与该有源元件相对的一侧上的一个可选的附加光层50，所产生的光束于是可以受到影响，其方式为是这些光束基本上彼此平行进行发射，如图3所示。因此，最终，在这种情况下，光发射的效率将整体再次得到显著优化，首先因为均匀的电流流动通过该网格得以优化，其次优化了该有源元件5中的光的产生。另一方面，根据本发明，该透明电极的结构化首先防止了该网格所导致的阴影，其次避免了由全内反射引起的光损耗。
最后，需提及的是根据本发明的解决方案并不受限于有机LED。在从一开始就提到的QLED情况中，也存在类似的问题，在这种情况中，也可以通过该透明电极的相应结构化使光发射得以优化，由于其抑制了界面处的全内反射。
Claims (12)
1.一种照明模块(1)，包括：
一个板状有源元件(5)，该板状有源元件具有两个电极层(11b，13b)和安排在这些电极层(11b、13b)之间的一个发光层(12b)，以及
一个透明板状的载体元件(10)，该载体元件上安排有该有源元件(5)，其中至少面向该载体元件(10)的该电极层(11b)是透明的，
其特征在于，
透明电极层(11b)具有一个厚度变化的周期性结构，
一个金属网格被嵌入在该透明电极层(11b)中，
一个附加光层(50)被安排在该载体元件(10)的与该透明电极层(11b)相对的一侧，其中该光层影响所产生的光束以使得这些光束基本上彼此平行进行发射，
该透明电极层(11b)在该金属网格的导体轨道或金属轨道(20)的区域内的厚度更大。
2.如权利要求1所述的照明模块，
其特征在于，
该透明电极层(11b)被设计为在其面向该载体元件(10)的一侧是平坦的。
3.如权利要求1或2所述的照明模块，
其特征在于，
该有源元件(5)的其他层(12b，13b)具有一个基本上恒定的厚度或遵循该透明电极层(11b)的结构。
4.如权利要求1所述的照明模块，
其特征在于，
该透明电极层(11b)的结构对应该金属网格的结构。
5.如权利要求1所述的照明模块，
其特征在于，
该透明电极层(11b)的结构沿着一条轴线是平移不变的。
6.如权利要求1-2和4-5之一所述的照明模块，
其特征在于，
该透明电极层(11b)通过沉积施加在该载体元件(10)上。
7.如权利要求3所述的照明模块，
其特征在于，
该透明电极层(11b)通过沉积施加在该载体元件(10)上。
8.如权利要求1-2和4-5之一所述的照明模块，
其特征在于，
所述照明模块为一个OLED或QLED。
9.如权利要求3所述的照明模块，
其特征在于，
所述照明模块为一个OLED或QLED。
10.如权利要求6所述的照明模块，
其特征在于，
所述照明模块为一个OLED或QLED。
11.如权利要求7所述的照明模块，
其特征在于，
所述照明模块为一个OLED或QLED。
12.一种用于构造平面照明模块(10)的方法，其中一个板状的有源元件(5)被安排在一个透明板状的载体元件(10)上，所述有源元件具有两个电极层(11b，13b)和被安排在这些电极层(11b，13b)之间的一个发光层(12b)，
其中面向该载体元件(10)的该电极层(11b)是透明的并通过沉积施加在该载体元件(10)上，其方式为使得该电极层具有一个厚度变化的周期性结构，
在施加透明电极层(11b)的材料之前，将一个金属网格安排在该载体元件(10)上，
将一个附加光层(50)安排在该载体元件(10)的与该透明电极层(11b)相对的一侧，其中该光层影响所产生的光束以使得这些光束基本上彼此平行进行发射，
其中，该透明电极层(11b)在该金属网格的导体轨道或金属轨道(20)的区域内的厚度更大。
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