CN106953022A - 具有结构化的阴极的透明oled设备和制造这样的oled设备的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明描述一种包括有机层（3）的OLED设备（1），所述有机层在操作中发射光（L1）并且定位在基本上透明的阳极层（5）和基本上不透明的阴极层（7）之间。所述阴极层（7）沿着所述OLED设备的主延伸平面（EP）被有意结构化，以包括所述阴极层（7）存在于其中的至少一个阴极区（11,11a,11b）和多个无阴极区（13,13a,13b）和/或较大延伸的至少一个无阴极区（13,13a,13b），可见光（L2）可以在所述OLED设备的交叉延伸（CE）的方向上穿过一个和/或多个无阴极区（13,13a,13b）。本发明还描述这样的OLED设备（1）的制造方法。
Description
技术领域
本发明描述一种包括有机层的OLED设备，所述有机层在操作时发射光并且定位在基本上透明的阳极层和基本上不透明的阴极层之间。本发明还描述一种制造这样的设备的方法。
背景技术
相比于通常可以描述为点光源而非面光源的普通LED，OLED设备（即有机LED设备）是面光源。使用OLED技术可以实现的一个特征是具有在关闭状态下透明的面光源。
用于透明或部分透明OLED的当前工艺水平理念是基于薄的低吸收阴极的使用。换言之，阴极由透明或半透明材料制成。由于OLED设备的阳极以及还有有机层也是透明的，所以整个OLED设备通常是透明的。在这种语境中，通常可能注意到贯穿本申请文件的术语“透明”还用作针对“半透明”的同义词。“基本上透明”通常限定为特定层或设备的这样一种状态：其中可见光频率范围内的光可以以小于80%，优选地50%，最优选地20%的损失穿过。因此，在光以至少80%的比例被吸收时总是达到“基本上不透明”，其与“基本上透明”相反。贯穿本说明书的“层”可以包括单个一体化的层，也可以包括层的堆叠，特别是关于有机层。
例如，US 2011/0193477 A1公开了具有在透明阳极与透明阴极之间的有机发光层的这样一种OLED设备。此外，在阴极的背离有机层的那侧，设置有结构化的镜层。
为了实现透明阴极，通常使用基于银的阴极。与这样的薄银层有关的一个缺点是它们遭受可靠性问题。此外，银是昂贵且相对稀有的材料。理论上也可以使用诸如所谓的TCO的其他材料，即诸如ITO（氧化铟锡）的透明导电氧化物，然而在这样的层的沉积和/或固化期间可能容易损坏发射光的有机层。
因此，本发明的一个目标是提供如何实现如下OLED设备的替代性解决方案：所述OLED设备对于至少一些环境光是透明的以使其穿过并且同时易于制造且易于维护。
发明内容
通过根据权利要求1的OLED设备和根据权利要求11的方法实现本发明的目标。
根据本发明，以上所提及的这种OLED设备包括阴极层，其沿着OLED设备的主延伸平面被有意结构化，以包括阴极层存在于其中的至少一个阴极区和
多个无阴极区和/或
较大延伸的至少一个无阴极区，
可见光可以在OLED设备的交叉延伸（cross extension）的方向上穿过一个和/或多个无阴极区。
因此所描述的是具有主延伸平面的部分透明OLED设备，阴极层沿着所述主延伸平面结构化并且因此分成不透明区和透明区。由此，可能注意到表述“平面”未必是指完全平坦的平面延伸而是还可以暗示曲面。阴极层、有机层和阳极层彼此叠置地布置，这意味着它们沿着OLED设备的交叉延伸布置。
通过有意地（即，在某些预定位置故意地）结构化阴极层，实现了阴极层的这样一种结构：根据第一种可能性，其包括允许光（特别是在人类可见频率范围中的光）穿过整个OLED设备的多个无阴极区，即多个开口或孔。可以实现与以上所提及的US 2011/0193477A1中类似的效果，然而具有减少的层（不需要额外层以便提供不透明的反射结构）并且具有不太复杂的阴极材料。然而，光学结果可以非常类似：在OLED设备的操作期间，在无阴极区和阳极之间不会发生光发射。除了较少的散射效应之外，光只在阳极的方向上发射。无阴极区越多，OLED设备的总体透明度就越高，而且在操作期间可以发射越少的光。
根据第二种可能性（其为替代性或附加解决方案），供应较大延伸的至少一个无阴极区。由此，“较大延伸”定义成包括OLED设备的主延伸平面的总体面积的至少5%，优选地至少10%并且最优选地至少20%。两种可能性提供了这样一种OLED设备：其中环境光可以容易地从一个表面穿到另一个表面。对于这样的OLED设备，可以使用除了银或TCO之外的其他材料来实现阴极。这意味着还可以使用诸如铝膜的公知且相当便宜的材料，相对于应用和维护二者而言，这具有使用不太复杂的材料的潜力。
在这一语境中，可能注意到OLED设备通常可以分成显示区和非显示区。例如，沿着OLED设备的主延伸平面的所有那些充当接触区域的区并不起显示区的作用。相比之下，显示区是OLED设备的这样的区：该区被有意地用来显示给观察者，并且该区优选地由其内部通过激活有机层而发光的区域的边界限定。
根据本发明，以上所提及的这种方法包括以下步骤：其中阴极层沿着OLED设备的主延伸平面被有意结构化，以包括阴极层存在于其中的至少一个阴极区和
多个无阴极区和/或
较大延伸的至少一个无阴极区，
可见光可以在OLED设备的交叉延伸的方向上穿过一个和/或多个无阴极区。
该方法的结果是根据本发明的OLED设备。使用根据本发明的方法的一个特定优势在于以下事实：可以使用标准材料作为阴极层，这些标准材料通常是不透明的，尽管如此依然可以在不费大量额外努力的情况下实现部分透明的OLED设备。这将在根据从属权利要求的实施例的语境中示出。
这样的OLED设备优选地应用于窗玻璃。在这样的情形中，取决于指定观察者的位置，阳极层和阴极层可以导向到不同方向上。由此优选地，具有被导向在朝向指定观察者的观察者方向上的第一表面以及具有被导向在相反方向上（即远离所述指定观察者）的第二表面的窗玻璃包括根据本发明的OLED设备，其中阴极布置成面向所述相反方向并且阳极层布置成面对所述观察者方向。这样的OLED设备可以应用于例如窗玻璃，其中观察者位于房间内部，从而使OLED设备在例如黑暗时照亮房间而在白天期间减少进入的光。
从属权利要求和以下描述公开了本发明的特别有利的实施例和特征。实施例的特征可以适当地组合。在一个权利要求类别的语境中描述的特征可以等同地应用于另一个权利要求类别。
根据本发明的第一实施例，OLED设备包括无阴极区的图案。这进而暗示它还包括阴极区的图案，由此优选地至少一个无阴极区被阴极区围绕。这样的图案可以是规则的和不规则，这具体取决于OLED设备的应用场景。可以例如通过使用相等尺寸和/或形状的无阴极区来实现图案。这同样适用于阴极区。特别地，图案优选地是关于沿着主延伸平面的至少一个方向重复的图案。这意味着沿着至少这一个方向（优选地在两个方向上）可以多次发现相同的图案结构。最优选的是这样的图案：其中无阴极区和阴极区的接替是连续相同的，特别是在两个方向上。例如，可以使用网格图案或者矩形或圆形的无阴极区和/或阴极区的图案，由此相应区以距彼此相等的距离在OLED设备的主延伸平面的两个方向上对准。
根据第二实施例（其可以替代性地或附加于第一实施例使用），结构化阴极区以形成图形要素的描绘。这样的图形要素可以包括诸如字母或数字以及符号的编码，但是它还可以包括可能但不必一定是一种编码的图片或符号的说明性元素。由于OLED设备可以用于广告或设计的目的，所以图形要素可以特别地包含设计要素或者类似物。这意味着不仅OLED设备在操作中的颜色和光而且在断开状态中阴极区的形状都可以构成图片或描绘，从而使得这提供了一种额外的说明性效果。图形要素可以例如通过对一个或若干阴极区成形以使其建立起图形要素而实现。然而，它还可以通过在另一个这样的图案内的无阴极区和阴极区的不同图案来实现，从而使具有所述不同图案的区看起来构成其自身的图形要素。例如，如果图案内的诸如孔的无阴极区在图形要素的选定区域中小于在另一个区域中，效果就是图形要素的选定区域看起来是该图形要素。这同样适用于如果这样的无阴极区在选定区域中小于在另一区域中的情况。
优选地，将透明阳极层应用于诸如玻璃或透明塑料的透明衬底。这提供了整个OLED的额外稳定性并且还有助于使透明阳极层（以及其上的层）从环境隔离，因此提供了抵抗潮湿或者可能损坏阳极层以及有机层还有甚至阴极层的其他影响的保护。
进一步优选地，将阴极层实现为反射来自有机层一侧的光。这有助于使有机层所发射的光聚焦到一个方向上，即聚焦到背离阴极层的方向上，从而使更多的光经由阳极层发射在观察者的方向上。通常，根据本发明的OLED设备被实现来使得光基本上只通过阳极层发射—可能有少量光散射效应，其提供通过无阴极区的某些光发射。该散射效应可以进一步通过反射阴极层来减少。此外，在这一语境中阴极层的镜像效应是特别希望的，这是因为它还为OLED的总体印象给出了设计要素的外观，即使其未在操作中。因为阴极层被结构化成不同区，所以这样的镜像阴极层可以用作设计要素，其设计效果通过镜像效应而增强。
特别地，可以用来实现阴极层的材料包括例如铝或银的金属。在该语境中必须注意到，为了利用银达到不透明度，需要使用比以上所提及的当前工艺水平中更厚的层。根据当前工艺水平的银层具有约10nm的厚度以便提供充足的透明度；因此在本发明的语境中使用的不透明银层具有明显更大的厚度，如以下将概述的那样。不透明银层具有良好反射特性的优势，这使得它们对一些应用是有利的。另一方面，铝膜或者除了银之外的其他金属膜通常可以以较低成本并且以较少努力来提供。可能注意到表述“膜”未必一定是指被预制造然后设置在OLED设备的其他层上的诸如箔的单元。相反地，通常通过气相沉积，有时候还通过溅射将膜设置在其他层上。
为了实现阴极层的所需不透明度，优选的是在阴极区中的阴极层具有至少50nm，优选地至少80nm，最优选地至少100nm的厚度。最优选地如以上所提及的，阴极层是从可以作为一体件被应用到有机层的膜形成的并且在位于所述有机层上方时被结构化。
根据本发明的OLED设备的一个优势在于不透明度还暗示着在阴极层的交叉延伸中的某一最小量的原子。因此，可以达到相对低的阻抗。因此优选的是阴极层具有不大于3Ω/平方，优选地不大于1.5Ω/平方，优选地不大于1Ω/平方的薄层电阻。这可以通过结合相应材料厚度的材料的适当选择来实现。
根据本发明的OLED设备的基本结构使得只需要在一个特定点中接触阴极层以便其作为沿着OLED设备的整个平面的阴极层操作。为此目的，优选的是OLED设备包括仅一个单个阴极区，或者包括多个阴极区，所述多个阴极区中的至少两个（优选地所有）由导电材料互连。这意味着在阴极层内肯定存在电互连。如果OLED设备只包括一个一体化的单个阴极区，显然可以在其存在的任何点处接触该区。可以通过例如在阴极层的水平面上将分离的阴极区互连来实现类似效果。可以例如通过将诸如银的透明导电材料局部地应用在分离的阴极区之间来实现所述互连。根据本发明的方法因此可以通过借由局部应用的透明导电材料将至少两个阴极区互连而得以增强。透明导电材料的局部应用手段意味着只是沿着OLED设备的（特别是显示区的）主延伸平面选择性地应用透明导电材料。
通常地，但是特别地在以上所提及的窗玻璃的应用中，根据本发明的OLED设备的特定实施例使得根据在相对于OLED设备的预定位置处的观察者的眼睛可达到的最小分辨率来实现无阴极区。由此，优选的是无阴极区的形状和/或尺寸和/或它们彼此之间的距离使得所述最小分辨率对于在所述预定位置处的观察者而言并不充足，从而发生一种模糊效果。例如，如果OLED设备的阴极层包含像无阴极区的小圆孔时，这些孔的尺寸和它们彼此之间的距离则将会使得当OLED设备在操作中时，观察者不能够在阴极区和无阴极区之间进行区分并且因此替代性地只看到发光平面。相比之下，也可以通过相反方式实现类似效果：通过减小阴极区的尺寸和/或通过相应地对它们成形和/或通过相应地布置它们彼此之间的距离，可以实现关于环境光的类似的模糊效果。
结构化阴极层的一种方法是通过只将其局部地应用而不是作为一体化的层。利用所述方法，例如可以实现线条图案。然而优选的是通过部分地移除阴极层来结构化阴极层。这是如何有效地结构化阴极层的一种特别简单的方法，这是因为最初阴极层可以以一个部分或者作为一个层应用，然后结构化是后续的决定性选择过程。此外，这样阴极电阻可以较低。在该语景中，部分地移除阴极层的一种可能方式是借助于激光烧蚀。暗示着已完善建立的过程的这种标准方法提供了一种简便且相对快速的方法来只在所需区中进行非常有效的移除。然而，在一些情形中，可能希望阴极层的移除是以不产生碎片的这样一种方式完成的。就短路和/或薄膜封装来说，碎片可能是潜在的危险。因此，部分地移除阴极层的另一种可能方式是借助于蚀刻，优选地利用等离子体蚀刻。有待移除的区域可以利用蚀刻掩模（例如由经由旋涂或狭缝涂覆而沉积的抗蚀剂制成）与随后的光刻来限定，或者通过喷墨印刷。
本发明的其他目标和特征将从以下结合附图考虑的详细描述中而变得显而易见。然而应当理解，附图只是出于说明的目的而设计的并且不作为对于本发明的界限的限定。
附图说明
图1示出根据本发明的OLED设备的实施例的截面视图，
图2示出根据图1的OLED设备的阴极层的图案的第一示例，
图3示出根据图1的OLED设备的阴极层的图案的第二示例，
图4示出根据图1的OLED设备的阴极层的图案的第三示例，其还被实现成包括图形要素(figurative element)的第一示例，
图5示出根据图1的OLED设备的阴极层的图案的第四示例，
图6示出根据图1的被实现成包括图形要素的OLED设备的阴极层的第二示例，
图7示出根据图1的被实现成包括图形要素的OLED设备的阴极层的第三示例，
图8示出根据本发明的OLED设备的实施例的应用格局（constellation）。
贯穿附图，相同的附图标记指的是相同对象。附图中的对象未必按照比例绘制。
具体实施方式
图1示出OLED设备1从底部到顶部（即，沿着OLED设备的交叉延伸CE）包括透明玻璃衬底9、透明阳极层5、在操作中发射光L1的有机层3以及阴极层7。以这样的方式结构化阴极层7，即，使得存在阴极层7所在的阴极区11以及没有阴极层7的无阴极区13。这些阴极区11和无阴极区13沿着OLED设备1的主延伸平面EP对准。结构化的阴极层7已经通过不透明铝膜的局部激光烧蚀而实现，使得在无阴极区中铝已经基本上完全消失。阴极区11和无阴极区13组成图案P，其是规则且重复的图案P。
OLED设备的这种特定构造具有多种效果：首先，OLED设备只具有一个发射表面E，即背离阴极层7的表面。为此目的，阴极层7使得有机层3在操作中所发射的光被镜面反射并且因此在发射表面E的方向上离开OLED设备。其次，环境光L2可以从与发射表面E相对的背部表面B穿过OLED设备并且同样反之亦然。这提供了易于制造的部分透明的OLED设备，因为不透明的阴极层7已经由标准的并且因此相对便宜且易于使用的材料（即铝膜）制成。
图2示出从OLED设备1的发射表面E看到的阴极层7的图案P1的第一示例。在此可以看到，阴极层7包括相当微小且为圆形（实际上：圆圈）的无阴极区，其以规则图案对准并且被一个一体化的阴极区13围绕，因此事实上可以在任何点处接触所述阴极区以便提供总体电接触。
图3示出从OLED设备1的发射表面E看到的阴极层7的图案P2的第二示例。在此，无阴极区13和阴极区11是以一种棋盘图案沿着彼此对准的相等尺寸的正方形。同样地，由于在它们彼此相遇的端末处阴极区11的单个正方形之间的接触，所以阴极区11是一个一体化的区并且因此同样地可以在任何点处被接触。
图4示出从OLED设备1的发射表面E看到的阴极层7的图案P3的第三示例。它基本上由如图3所示的图案P2组成，其具有与图案P2中相同的第一无阴极区13a和第一阴极区11a。然而，在中间区域中，通过第二无阴极区13b和第二阴极区11b的稍微不同的图案实现了描绘十字形的图形要素，其中后者大于第一阴极区11a并且前者在尺寸上小于第一无阴极区13a。视觉效果是可以观察到作为图形要素的十字形，尽管其外部界限并未真正明确地绘出。
图5示出从OLED设备1的发射表面E看到的阴极层7的图案P3的第四示例。在此，在阴极层7的区中的主要空间是无阴极区13。阴极区11只是规则成形的网格图案。尽管如此，可以再次在任何点处接触它，这是因为网格图案再次提供了一体化的阴极区11。
图6示出OLED设备的阴极层7的第二示例，其包括图形要素F1。在此，名称“Otto”（即，字母的组合或一般为编码）被描绘为图形要素F1。图形要素F1由阴极区11组成，而O内部的孔和OLED设备1的显示区的周围部分由无阴极区13制成。这意味着当OLED设备1断开时和当OLED设备1接通时同样可以看到图形要素F1。
图7示出OLED设备1的阴极层7的第三示例，其包括图形要素F2。在这一语境中，也可以描述显示区D的限定。图形要素F2是由围绕的圆圈15界定的阴阳标记。该围绕的圆圈15限定了OLED设备1的显示区D的边界。所述阴阳标记包括在特定鱼形形状的中部的孔。一个无阴极区13构成在鱼形形状的阴极区11内的孔，而第二阴极区11构成在鱼形形状的无阴极区13内的孔。为了用一个接触件同时接触两个阴极区11，导电材料的两个导电迹线17将这两个阴极区11互连，从而使它们二者可以基于仅一个接触件来发射光。这些导电迹线17是透明迹线17，从而使观察者在OLED设备1的断开期间或者在其操作期间都不能看到它们。
图8示出OLED设备1的实施例的特定应用格局。通过使用图2所示图案P1而实现的OLED设备1附接到窗户21的窗玻璃19。阳极层5面向窗玻璃19的第一表面S1的方向，所述第一表面朝向在离窗户21预定距离d2处从预定用户位置UP观看窗户21的观察者U。因此，阴极层7面向相反方向，即，面向在第一表面S1的相对侧处的第二表面S2的方向。OLED设备1的图案P1被实现成使得无阴极区13彼此相距相等的距离d1。该距离d1依赖于在其预定用户位置UP处的观察者U的预定距离d2而限定。选择距离d1使得观察者U在OLED设备1的操作中将不能够区分阴极区11和无阴极区13。因此产生一种模糊效果，其为观察者U给出了这样的总体印象：他面对的是在其整个平面上发射光的发光源。
尽管已经以优选实施例及其变型的形式公开了本发明，但是将理解在不脱离本发明的范围的情况下可以对其做出许多附加的修改和变型。例如，阴极区的图案和形状构成来自众多可能性的选择。另外，除了图1示出的层之外，根据本发明的OLED设备可以包括一个或多个附加的功能性或设计层。
为了清楚起见，应理解贯穿本申请文件的“一”的使用并不排除多个，并且“包括”并不排除其他步骤或元件。
Claims (15)
1.包括有机层（3）的OLED设备（1），所述有机层在操作中发射光（L1）并且定位在基本上透明的阳极层（5）和基本上不透明的阴极层（7）之间，所述阴极层（7）沿着所述OLED设备的主延伸平面（EP）被有意结构化，从而包括所述阴极层（7）存在于其中的至少一个阴极区（11,11a,11b）和
多个无阴极区（13,13a,13b）和/或
至少一个较大延伸的无阴极区（13,13a,13b），
可见光（L2）能够在所述OLED设备的交叉延伸（CE）的方向上穿过一个和/或多个无阴极区（13,13a,13b）。
2.根据权利要求1的OLED设备，包括无阴极区（13,13a,13b）的图案（P,P1,P2,P3）。
3.根据权利要求2的OLED设备，其中所述图案（P,P1,P2,P3）是关于沿着所述主延伸平面（EP）的至少一个方向重复的图案。
4.根据前述权利要求中的任一项的OLED设备，其中所述阴极区（7）被结构化以形成图形要素（F1,F2）的描绘。
5.根据前述权利要求中的任一项的OLED设备，其中所述透明阳极层（5）被应用到透明衬底（9）。
6.根据前述权利要求中的任一项的OLED设备，其中所述阴极层（7）被实现成反射来自所述有机层（5）的一侧的光。
7.根据前述权利要求中的任一项的OLED设备，其中所述阴极层（7）包括金属。
8.根据前述权利要求中的任一项的OLED设备，包括仅一个单个阴极区（11,11a,11b）或者包括多个阴极区（11,11a,11b），所述多个阴极区（11,11a,11b）中的至少两个由导电材料（17）互连。
9.根据前述权利要求中的任一项的OLED设备，其中根据在相对于所述OLED设备的预定位置（UP）处的观察者（U）的眼睛可达到的最小分辨率来实现所述无阴极区（13,13a,13b）。
10.窗玻璃（19），具有被导向在朝向指定观察者（U）的观察者方向上的第一表面（S1）以及具有被导向在相反方向上的第二表面（S2），其中所述窗玻璃包括根据前述权利要求中的任一项的OLED设备（1）并且其中所述阳极层（5）布置成面向所述观察者方向。
11.一种制造包括有机层（3）的OLED设备（1）的方法，所述有机层在操作中发射光（L1）并且定位在基本上透明的阳极层（5）和基本上不透明的阴极层（7）之间，其中所述阴极层（7）沿着所述OLED设备（1）的主延伸平面（EP）被有意结构化，从而包括所述阴极层（7）存在于其中的至少一个阴极区（11,11a,11b）和
多个无阴极区（13,13a,13b）和/或
至少一个较大延伸的无阴极区（13,13a,13b），
可见光（L2）能够在所述OLED设备（1）的交叉延伸（CE）的方向上穿过一个和/或多个无阴极区（13,13a,13b）。
12.根据权利要求11的方法，其中通过部分地移除所述阴极层（7）来结构化所述阴极层（7）。
13.根据权利要求12的方法，其中所述阴极层（7）的部分移除借助于激光烧蚀完成。
14.根据权利要求12的方法，其中所述阴极层（7）的部分移除借助于蚀刻，优选地借助于等离子体蚀刻完成。
15.根据权利要求11至14中的任一项的方法，其中至少两个阴极区（11,11a,11b）由局部应用的透明导电材料（17）互连。
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