CN118159103A - 一种复合发光模组 - Google Patents
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Abstract
本申请公开的复合发光模组在一个透明基板的两侧分别设置发红光的OLED器件，以及发近红外光的电致发光的钙钛矿器件，其中发红光的OLED器件具有两个发光面，而钙钛矿器件仅具有一个发光面，且朝向透明基板一侧发光，OLED器件的发光区域与钙钛矿器件的发光区域至少部分重合。该复合发光模组可以高效率地同时发射红光和近红外光，具有更广泛的治疗效果。本申请公开的复合发光模组能够更好地平衡两个发光单元的性能、降低成本，实现工艺兼容，能更好地应用于光疗产品中。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合发光模组。更具体地，涉及一种具有一个透明基板、透明基板的两侧具有至少一个发红光的OLED器件、至少一个发近红外光的电致发光钙钛矿器件的复合发光模组。
背景技术
20世纪中后期出现了微光治疗(Low Light Laser Treatment)和光生物调控(Photobiomodulation,PBM)等技术，都是以光照作为治疗疾病的手段应用于医学领域。近年来多项研究表明，红光到近红外光照有助于促进胶原蛋白和皮肤细胞等组织的再生，可以被应用在抗皱美容、促进伤口愈合、祛斑消疤等领域(Chan Hee Nam et al.,Dermatologic Surgery,2017,43:371-380；Daniel Barolet,Semin Cutan Med Surg,2008,27:227-238；Yongmin Jeon,Adv.Mater.Technol.2018,1700391)。
随着微光治疗和光生物调控技术的飞速发展，越来越多的光疗产品应运而生，尤其是可穿戴光疗产品，如光疗面罩、光疗生发帽、光疗塑型衣、眼部光疗仪等已经成为越来越多人的理想居家美容、美体或保健产品。在光疗产品中使用的光源可以发出峰值波长在400-1400nm之间的光，优选地，峰值波长在600-970nm之间的红光和近红外光，这个波段的光有抗皱、肌肤再生、祛斑、甚至消炎(如出现麦粒肿、痤疮)及愈合伤口、淡化伤疤等作用(Daniel Barolet,Semin Cutan Med Surg,27:227-238,2008)。
OLED作为一种面光源，冷光源，不刺眼，而且具有轻薄的特质，使得它非常容易集成到柔性基板上，也因此成为穿戴应用中理想的光源选择，与此相关的专利申请近年来也涵盖各个领域。
专利CN207097825U公开了一种兼具可见光及近红外光的OLED光源装置，其设置了一系列子像素，分别发出红绿蓝白和近红外，但这些子像素都是OLED器件，并未使用钙钛矿来制备近红外子像素，而OLED发射近红外的量子效率很低，实用性较差。专利申请CN110212104A和CN114824113A都公开了一种叠层结构，其中一个发光单元中包含OLED材料，一个发光单元中包含钙钛矿材料。如前所述，目前钙钛矿器件的寿命极差，将其与蒸镀法制备的OLED薄膜制备在同一器件中会大幅降低整体器件的寿命。专利申请US20210393176A1公开了一种血氧仪，其包含一个红光光源阵列，一个发绿光或近红外的光源阵列，以及一个光学传感器系列。该装置中的近红外光源阵列也是OLED器件，其主要作用是检测血氧的光源，因此也可以使用绿光，且必须搭配光学传感器才能实现目的。本发明人之前的专利申请CN109253404A公开了将两个OLED面板堆叠的方式来实现多色照明，但是该申请中使用的是完整的OLED面板，即包含两个基板，且其发射两种不同颜色的可见光并通过独立驱动来调节发光强度从而调节颜色。专利申请CN113097403A中公开了一种深红-近红外发光器件，其包括用作背光源的有机电致发光器件和深红-近红外光转换层，利用钙钛矿量子点光致发光的性能设置光转换层将深红光转换成近红外光，其效率较低，其最终发出的仅有近红外光，不能同时发射红光和近红外光。
尽管OLED在可见光范围内的效率很高，例如在红光波段的外量子效率可以做到28％以上，但在近红外波段(超过750nm)的效率一般却不到10％。另一方面，近年来，钙钛矿材料被开发应用在电致发光领域，并被报道可以在800nm的近红外波段实现超过20％的外量子效率(https://doi.org/10.1038/s41586-018-0576-2，https://doi.org/10.1038/s41586-023-05792-4)。所以如果将红光OLED与近红外钙钛矿器件结合在一起即可实现双光谱发射。但是目前的钙钛矿器件存在寿命差的问题，而用蒸镀法制备的红光OLED器件早已达到商业化的寿命指标，如果直接将两者结合，则会出现钙钛矿器件远早于OLED器件失效的现象，影响了整个产品的寿命，也浪费了OLED器件的长寿命性能。因此如何兼顾两类器件的综合性能、平衡性能和成本是一个值得探究的问题。
发明内容
本发明旨在提供一种具有一个透明基板、透明基板的两侧具有至少一个发红光的OLED器件、至少一个发近红外光的电致发光钙钛矿器件的复合发光模组以至少解决上述部分问题。本发明公开的复合发光模组在一个透明基板的两侧同时设置发红光的OLED器件，以及发近红外光的电致发光的钙钛矿器件，其中发红光的OLED器件是阴阳极都透明或半透明的透明器件，而钙钛矿发光二极管是底发射或顶发射器件。钙钛矿发光二极管的发光区域与OLED器件至少部分重合。该复合发光模组通过巧妙的结构设计，最大限度地利用了出射光，减小了光损失，具有更广泛的治疗效果，通过溶液法制备，制备成本得到进一步的降低，本发明公开的复合发光模组能够更好地平衡两个发光单元的性能、降低成本，实现工艺兼容，能更好地应用于光疗产品中。
根据本发明的一个实施例，公开一种复合发光模组，包含：
一个透明基板，至少一个OLED器件，至少一个电致发光的钙钛矿器件，至少一个电驱动装置；
所述OLED器件和钙钛矿器件分别位于透明基板的两侧；
所述OLED器件上设置第一封装层，所述钙钛矿器件上设置第二封装层；
所述OLED器件具有两个发光面，发出包含峰值波长在600-750nm的光；
所述钙钛矿器件仅具有一个发光面，且朝向透明基板发光，发出包含峰值波长在800-1400nm的光；
所述OLED器件的发光区域与钙钛矿器件的发光区域至少部分重合；
所述OLED器件和钙钛矿器件均与电驱动装置电连接；
所述OLED器件和钙钛矿器件的发光面积均不小于0.01mm2。
根据本发明的一个实施例，其中透明基板的材质选自硅胶，玻璃，无色聚酰亚胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚萘二甲酸乙二醇酯，聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。
根据本发明的一个实施例，其中透明基板是柔性的，其材质选自硅胶，柔性玻璃，无色聚酰亚胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚萘二甲酸乙二醇酯中的一种或多种。
根据本发明的一个实施例，透明基板的材质选自无色聚酰亚胺或硅胶。
根据本发明的一个实施例，透明基板的材质选自无色聚酰亚胺，医用硅胶。
根据本发明的一个实施例，其中所述OLED器件发出包含峰值波长在620-700nm的光。
根据本发明的一个实施例，其中所述OLED器件发出包含峰值波长在620-650nm的光。
根据本发明的一个实施例，其中所述OLED器件发出峰值波长在660-700nm的光。
根据本发明的一个实施例，其中所述OLED器件和钙钛矿器件的发光面积，均不小于0.05mm2。
根据本发明的一个实施例，其中所述OLED器件和钙钛矿器件的发光面积，均不小于0.1mm2。
根据本发明的一个实施例，其中所述OLED器件和钙钛矿器件的发光面积，均不小于1mm2。
根据本发明的一个实施例，其中所述OLED器件包含阳极、阴极以及设置在阴阳极之间的有机层，其中至少一层有机层是用溶液法制备。
根据本发明的一个实施例，其中所述OLED器件包含阳极、阴极以及设置在阴阳极之间的有机层，其中至少一层有机层是用喷墨打印方法制备。
根据本发明的一个实施例，其中所述钙钛矿器件包含阳极、阴极以及设置在阴阳极之间的有机层和至少一层发光层，其中的至少一层有机层是用蒸镀法制备。
根据本发明的一个实施例，其中所述第一封装层和第二封装层都是薄膜封装层。
根据本发明的一个实施例，其中所述第一封装层和第二封装层是相同的薄膜封装层。
根据本发明的一个实施例，其中所述薄膜封装层仅包含有机膜层。
根据本发明的一个实施例，其中所述封装层仅包含有机膜层，有机膜层厚度不低于5μm。
根据本发明的一个实施例，其中所述封装层仅包含有机膜层，有机膜层厚度不低于10μm。
根据本发明的一个实施例，其中所述封装层仅包含有机膜层，有机膜层厚度不低于20μm。
根据本发明的一个实施例，其中所述OLED器件包含阴极和阳极，所述阴极和阳极都是透明或半透明材料。
根据本发明的一个实施例，其中所述阴极和阳极材质选自ITO薄膜，IZO薄膜，IGZO薄膜，MoOx薄膜，导电有机薄膜，石墨烯薄膜，厚度不大于50nm的金属薄膜中的一种或多种。
根据本发明的一个实施例，其中所述钙钛矿器件中阴极或阳极中的一个包含高反射率的金属层。
根据本发明的一个实施例，其中所述高反射率金属层材料选自Al或Ag。
根据本发明的一个实施例，其包含多个钙钛矿器件和/或多个OLED器件。
根据本发明的一个实施例，其包含一个OLED器件和多个钙钛矿器件。
根据本发明的一个实施例，其包含多个OLED器件和一个钙钛矿器件。
根据本发明的一个实施例，其中所述OLED器件和钙钛矿器件的发光区域完全重合。
根据本发明的一个实施例，其中所述电驱动装置包括电源，无线充电装置，蓝牙通讯装置，芯片，引线，电路板、开关中的一种或多种。
根据本发明的一个实施例，其中所述电驱动装置能与外部电子设备无线连接，所述电驱动装置包括蓝牙通讯装置且通过蓝牙通讯装置与外部电子设备无线连接。
根据本发明的一个实施例，其中所述外部电子设备包含应用程序，用以驱动和控制所述OLED器件和钙钛矿器件。
根据本发明的一个实施例，其中所述电连接选自薄膜金属、透明导电材料、FPC引线中的一种或多种。
根据本发明的一个实施例，其中所述电驱动装置分别独立控制所述OLED器件和钙钛矿器件。
根据本发明的一个实施例，其还包含在第一封装层远离透明基板一侧的表面设置的上保护膜，所述上保护膜是透明的。
根据本发明的一个实施例，其中所述上保护膜材质选自医用硅胶，无色聚酰亚胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚萘二甲酸乙二醇酯，聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。
根据本发明的一个实施例，其中所述上保护膜材质选自医用硅胶。
根据本发明的一个实施例，其还包含在第二封装层远离透明基板一侧的表面设置的下保护膜。
根据本发明的一个实施例，其中所述下保护膜是不透明的。
根据本发明的一个实施例，其中所述下保护膜包含一层反射层。
根据本发明的另一个实施例，还公开了一种光疗装置，其包含如上述任一实施例所示的复合发光模组。
本发明公开的复合发光模组在一个透明基板的两侧分别设置发红光的OLED器件，以及发近红外光的电致发光的钙钛矿器件，其中发红光的OLED器件具有两个发光面，而钙钛矿器件仅具有一个发光面，且朝向透明基板一侧发光，钙钛矿发光二极管的发光区域与OLED器件至少部分重合。该复合发光模组可以高效率地同时发射红光和近红外光，具有更广泛的治疗效果。本发明公开的复合发光模组能够更好地平衡两个发光单元的性能、降低成本，实现工艺兼容，能更好地应用于光疗产品中。
附图说明
图1a-1d是单层OLED器件结构示意图。
图2是叠层OLED器件结构示意图。
图3a-3d是OLED发光面板的截面示意图。
图4是典型的PeLED器件的结构示意图。
图5a-5c是本发明公开的复合发光模组的截面示意图。
图6a-6c是本发明公开的复合发光模组中OLED器件和钙钛矿器件排布示意图。
具体实施方式
如本文所用，“顶部”意指离基板最远，而“底部”意指离基板最近。在将第一层描述为“设置”在第二层“上”的情况下，第一层被设置为距基板较远。反之，在将第一层描述为“设置”在第二层“下”的情况下，第一层被设置为距基板较近。除非规定第一层“与”第二层“接触”，否则第一与第二层之间可以存在其它层。举例来说，即使阴极和阳极之间存在各种有机层，仍可以将阴极描述为“设置在”阳极“上”。
如本文所用，术语“OLED器件”包含阳极(层)，阴极(层)，设置于阳极(层)和阴极(层)之间的一层或多层有机层。一个“OLED器件”是透明器件即同时从阳极和阴极发光。
在本文中，同一个“OLED器件”的阳极(层)和阴极(层)不处于同一平面。
如本文所用，术语“OLED发光面板”包含基板，阳极(层)，阴极(层)，设置于阳极(层)和阴极(层)之间的一层或多层有机层，封装层，以及延伸到封装层外部的至少一个阳极接触和至少一个阴极接触，用于外部接入。
如本文所用，术语“钙钛矿器件”指的是钙钛矿发光二极管(PeLED)，其包含阳极(层)、阴极(层)、设置在阳极(层)和阴极(层)之间的一层或多层有机层和至少一层发光层，其中发光层包含钙钛矿材料。
如本文所用，术语“封装层”可以是厚度小于100微米的薄膜封装，其包括将一层或多层薄膜直接设置到器件上，或者也可以是黏着到基板上的盖玻片(cover glass)。
如本文所用，术语“柔性印刷电路”(FPC)指的是任何柔性基板上涂有以下任一种或多种的组合，包括但不限于：导电线，电阻，电容，电感，晶体管，微机电系统(MEMS)，等等。柔性印刷电路的柔性基板可以是塑料，薄玻璃，镀有绝缘层的薄金属箔，织物，皮革，纸张，等等。一张柔性印刷电路板一般厚度小于1mm，更优选地厚度小于0.7mm。
如本文所用，术语“光提取层”可以指光扩散膜，或者其他具有光提取效果的微结构，或者是具有光外耦合效应的薄膜镀层。光提取层可以设置于OLED的基板表面，也可以在其他合适的位置，例如介于基板和阳极之间，有机层与阴极之间，阴极与封装层之间，或者封装层表面，等等。
如本文所用，术语“独立驱动”指两个或多个发光面板(或器件)的工作点是分开控制的。尽管这些发光面板(或器件)可以被连接到同一个控制器或是电源线上，但可以有电路来划分驱动路线并给每块发光面板(或器件)供电而不彼此影响。
如本文所用，术语“发光区域”指投影平面面积中阳极，有机层和阴极共同重合的部分，不包括光提取效果。
如本文所用，术语“发光面”指的是光源发射出光的那一面，例如，如果光源是一个底发射器件，那么“发光面”包含基板远离阳极的那一面，如果是顶发射器件，则“发光面”包含封装层远离阴极的那一面，如果是透明器件，则“发光面”包含基板远离阳极的那一面和封装层远离阴极的那一面。
如本文所用，术语“单层器件”指的是在一对阴阳极之间具有一个发光层(或多个连续的发光层)以及与其配套的单套空穴、电子传输层，这样的具有单个发光层(或多个连续的发光层)及其配套传输层的器件即为“单层器件”。
如本文所用，术语“叠层器件”指的是在一对阴阳极之间具有多个发光层且每个发光层有自己独立的空穴传输层和电子传输层的器件结构，每个发光层以及其配套空穴传输层和电子传输层构成一个发光单元，这些发光单元之间以电荷产生层相连，具有这样多个发光单元的器件即为“叠层器件”。
如本文所用，术语“溶液法”指的是将有机材料或钙钛矿材料溶解在溶剂中，以液态形式通过旋涂、喷涂、刷涂、喷墨打印(Ink Jet Printing)等方式成膜，并可配合加热等退火形式固化。
一个典型的单层OLED器件100的结构示意图如图1a所示。其中，OLED器件100包含阳极层101，空穴注入层(HIL)102，空穴传输层(HTL)103，电子阻挡层(EBL)104，发光层(EML)105，空穴阻挡层(HBL)106，电子传输层(ETL)107，电子注入层(EIL)108，阴极层109，以及封盖层(CPL)110。阳极层101是透明或半透明的材料，包括但不限于ITO，IZO，MoOx(氧化钼)等，其透明度一般大于50％；优选地，透明度大于70％；阴极层109则应是半透明或透明的导电材料，包括但不限于MgAg合金、MoOx、Yb、Ca、ITO、IZO、或其组合，其透明度一般大于30％；优选地，透明度大于50％。空穴注入层102可以是单一材料层，例如常用的HATCN；空穴注入层102也可以是空穴传输材料掺杂了一定比例的p型导电掺杂材料，通常掺杂比例不高于5％，常用的在1％-3％之间。发光层105通常还包含至少一种主体材料和至少一种发光材料，而电子阻挡层104和空穴阻挡层106为可选层。电子传输层107可以是单层的Yb，LiQ或LiF，也可以是由2种以上的材料共蒸镀形成。图1b为一种多色OLED器件130的结构示意图，在其他层不变的情况下，发光层可以包含一个发光层1051和一个发光层1052，其中发光层1051的峰值波长可以在620-750nm之间(发红光)，发光层1052的峰值波长可以在751-1400nm之间(发近红外光)。注意，这两个发光层的先后顺序也可以颠倒，即发光层1051发近红外光，发光层1052发红光。这种结构的OLED器件可以同时发出红光和近红外光。图1c为一个可变色OLED器件120的结构示意图，其具有一个发光层1053，一个发光层1055和一个调节层1054。调节层1054可以调控电子和空穴在不同电流密度下的移动，从而实现对颜色的调控。例如，其中发光层1053的峰值波长可以在620-750nm之间(发红光)，发光层1055的峰值波长可以在750-1400nm之间(发近红外光)，在低电流密度下，激子复合区主要靠近阴极一侧，即在发光层1053中，这时OLED器件120可以发出红光；逐渐增大注入，提高电压和电流密度时，激子复合区域向阳极侧移动，并最终进入近红外发光层1055，这时OLED器件120则发出近红外光。当然，也可以发光层1053发射近红外光，发光层1055发红光，反之也成立。可变色OLED器件的结构和调节层的使用具体可以参考本发明人之前的专利申请CN111081891A和CN111081892A。还可以在OLED器件140的封盖层110之上设置下转换层111，如图1d所示。下转换层111包含一种光致发光材料，其吸收光谱与发光层105的发射光谱有重合，例如发光层105发出红光，下转换层111可以吸收红光，发出更长波段的近红外或红外光。下转换层111包含的光致发光材料包含但不限于，量子点材料，钙钛矿材料，荧光粉材料，有机发光材料等。如果OLED器件140是底发光器件，则下转换层111可以设置在阳极101之下，图中不再画出。
一个典型的叠层OLED器件200的结构示意图如图2所示，其包含阳极层201，第一发光单元202，电荷产生层(CGL)203，第二发光单元204，以及阴极层205。其中，第一发光单元202和第二发光单元204可以进一步包含单层发光器件100中从空穴注入层102到电子注入层108的一系列有机层，第一发光单元202和第二发光单元204的发光层可以相同也可以不同。第一发光单元202和第二发光单元204可以发出同种颜色的光，比如都发出峰值波长在620-750nm间的红光；第一发光单元202和第二发光单元204也可以发出不同颜色的光，比如，第一发光单元202发出红光，第二发光单元204发出峰值波长在751-1400nm间的近红外光，这种情况下，器件200就可以同时发出红光和近红外光。电荷产生层203一般包含一种n型材料和一种p型材料，也可以进一步增加缓冲层，如专利申请CN112687811A中所描述，其不是本发明的重点，不在此赘述。图2所示的为包含两个发光单元的叠层器件，还可以在此基础上增加第三发光单元和第二电荷产生层形成包含三个发光单元的叠层器件。单层和叠层OLED器件的制备都为业内所熟知，不在此赘述。
本发明中使用的一种光源是有机发光器件(OLED)。一个OLED发光面板的截面结构示意图如图3a-3d所示。在图3a中，OLED发光面板300包含了基板301，一个OLED器件310，一对接触电极303与OLED器件310电连接，一层封装层302(但把接触电极303暴露)，一个黏合结构304将一对接触电极303与外部驱动电路连接。基板301可以是硬质的，如玻璃，优选是柔性的，包含但不限于超薄柔性玻璃、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)，PI(聚酰亚胺)等。特别地，基板301可以是事先以溶液形式涂敷在支撑底板上的材料(例如PI材料)，经过固化以及平坦化后用于器件制备。在完成器件制备后使用激光将其从支撑底板上剥离下来，并根据需要转印在其他柔性基板上。OLED器件310可以是单层结构，也可以是叠层结构，优选地，所述OLED器件310具有叠层结构，因为其在相同亮度下的寿命更长，且因为膜层更厚有利于提高生产良率。OLED器件310中的有机材料可以是在真空舱中以热蒸发形式蒸镀形成，也可以部分或者全部使用溶液法形成，包括但不限于喷墨打印(ink jet printing)、旋涂、有机蒸气喷涂打印(OVJP)等。封装层302可以是用硬质的玻璃通过粘合剂覆盖在器件上，粘合剂可以是通过UV固化的材料。封装层302也可以是薄膜封装层，厚度通常都在10μm以上，例如单层的无机层，或是薄膜有机、无机交替的多层结构，可通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、打印或旋涂等方式成膜。接触电极303可以包含至少一个阳极接触和至少一个阴极接触。可以将前盖膜305添加到上述OLED发光面板上，如图3b所示。前盖膜305可以是柔性印刷电路(FPC)板，在其上印刷了预先设计的电路并且通过黏合结构304电连接到OLED器件310上。在另一种方案中，黏合结构304可以是FPC框，而前盖膜305可以是一张塑料薄膜提供机械支持。使用FPC板来驱动OLED发光面板的具体描述可以在专利申请US20190376650A1中找到，其以全文引用的方式并入，它不在本申请详细描述的范围内。前盖膜305也可以包括光提取层。前盖膜305可以是以上所述各种形式的组合。额外的薄膜封装层306可以涂布在基板301的一面或者两面，如图3c所示。前盖膜也可以涂覆额外的薄膜封装层306，但是此处图中并未显示。在图3d中，后盖膜307被覆盖到基板301上。后盖膜307可以用于机械支撑，通常也是柔性薄膜，例如PET之类的塑料。当OLED是底部发光器件时，后盖膜307可以是光提取层且是透明的。后盖膜307可以是上述各种形式的组合。这样的一个OLED发光面板当与外部电驱动形成电连接后(不管处于开启或关闭状态)即为一个OLED光源，是本发明光疗装置的基本构成要素之一。
本发明中使用的另一种光源是钙钛矿发光二极管(PeLEDs)。一个典型的PeLED器件通常采用400的结构如图4所示，其包含阳极层401、传输层402、钙钛矿层403、传输层404、阴极层405。在底发射器件中，通常可分为正型结构和反型结构。在正型结构中，阳极层401是透明或半透明的材料，包括但不限于ITO、FTO等；阴级层405是金属材料，包括但不限于Ag、Au等；传输层402通常为空穴传输材料，包含但不限于PEDOT:PSS、PVK、Poly-TBP等；传输层404通常为电子传输材料，包含但不限于TmPyPB、TPBi、B3PymPm等。在反型结构中，阴级层405是金属材料及碱金属卤化物，包括但不限于Al、Ag、LiF等；传输层402通常为电子传输材料，包含但不限于ZnO、SnO2等；传输层404通常为空穴传输材料，包含但不限于TFB、MoOx等。钙钛矿层403为发光层，其中的钙钛矿材料结构通式为ABX3，其中，A为有机或无机大尺寸阳离子包括但不限于甲胺离子(MA+)、甲脒离子(FA+)或Cs离子(Cs+)等；X包括但不限于Cl-、Br-或I-中的至少一个；B包括但不限于铅(Pb)、锡(Sn)、锗(Ge)、铜(Cu)等。适合发射近红外的材料包含但不限于MAPbI3、FAPbI3、CsSnI3及混合体系FACsPbI3等。钙钛矿材料的制备方法可以是溶液法、真空蒸镀法、喷墨打印法等。溶液法是将有机或无机大尺寸阳离子与二价金属离子的卤化物按比例混合溶于有机溶剂DMF或DMSO中，旋涂在涂覆好传输层402上，得到湿膜，再将湿膜置于加热台上进行退火得到结晶致密的钙钛矿薄膜。传输层404及阴级层采用真空蒸镀的方法沉积于钙钛矿薄膜上。钙钛矿发光二极管也分为底发射器件和顶发射器件，当阳极是透明或半透明材料且阴极为较厚的金属材料时，钙钛矿发光二极管为底发射器件，反之，当阴极是透明或半透明材料且阳极包含较厚的金属材料时，钙钛矿发光二极管为顶发射器件。钙钛矿发光二极管中的钙钛矿材料还具有光致发光的特性，以纯三维FAPbI3为例，其发光峰一般位于780nm，吸收峰通常有一个位于450nm的PbI4S2 2-(其中S代表配位溶剂)和位于495nm的PbI6 4-的中间相，吸收带边位于760nm，即对760nm以下的光都有吸收，其光致发光效率PLQY在70％左右。随着苯乙胺正离子(PEA+)、苯甲胺正离子(PMA+)、噻吩乙胺正离子(TEA+)、萘甲胺正离子(NMA+)等大尺寸有机阳离子的加入，纯三维钙钛矿逐渐向低维转化，光谱发生移动。例如，准二维钙钛矿发光峰红移至800nm，吸收带边位于830nm左右，即其对于大部分红光区域都能有吸收，PLQY可达80％以上(https://doi.org/10.1038/s41586-018-0576-2)。当钙钛矿尺寸达到量子点级别，由于量子限域效应的影响，PLQY可达90％，掺杂稀土金属离子后如：Yb、Ce后，PLQY接近100％，此时发射波长则可达到900nm以上(Adv.Mater.2017,1704149)。可以看出，通过调节钙钛矿材料，可以获得目标吸收和目标发射光谱，例如可以获得吸收边带在800nm以下，即对大部分峰值波长在600-750nm之间的红光都有吸收，而发射波长在800nm以上的钙钛矿材料。
光疗最佳的波段是600-970nm，但是很少有单一光源可以实现如此宽的光谱。通常来说，蒸镀法制备的OLED器件的半峰宽在20～60nm左右，在可见光范围内(<＝750nm)时具有良好的性能，外量子效率(EQE)高，且寿命长，尤其是峰值波长在600-750nm红光器件EQE可达到25％以上，LT95在10mA/cm2电流密度下可以达到20,000小时以上。但是OLED器件在750nm以上的近红外波段量子效率远远达不到红光波段的水平。相反，钙钛矿器件(即，钙钛矿LED)可以发射峰值波长在800nm的近红外光，且EQE超过20％。然而，钙钛矿器件的寿命目前极差，一般LT50只有100h左右，远远低于OLED器件。另外，OLED常规制备方法是蒸镀法，钙钛矿器件通常使用溶液法制备，尤其是包含有钙钛矿材料的发光层，因为通常只有通过溶剂的选择才能实现特定的晶型从而实现高效率。这也导致钙钛矿器件的制备方法与常规蒸镀法制备的OLED也不兼容。因此，把溶液法制备的钙钛矿材料(或器件)与OLED器件垂直叠加、并封装在一个整体里的方法会急剧降低综合器件的寿命。
本发明将钙钛矿器件与OLED器件设置在同一个透明基板的两侧，且保证两者的发光区域至少部分重合，优选地，钙钛矿器件的发光区域大于等于OLED器件的发光区域且OLED器件的发光区域与钙钛矿器件的发光区域完全重合。其中，OLED器件是一个透明器件，即其阴阳极皆为透明或半透明的膜层，且发出包含峰值波长在600-750nm的可见光红光。同时，钙钛矿器件是一个正型底发射器件或一个反型顶发射器件，即其远离基板的一个电极包含具有高反射的膜层。钙钛矿器件发出包含峰值波长在800-1400nm以上的非可见近红外光。透明OLED器件有两个发光面，分别朝远离钙钛矿器件的一侧和面对钙钛矿器件的一侧发光，面对钙钛矿器件一侧的光会被钙钛矿的反射电极反射重新朝远离钙钛矿器件的一侧出射，实现了光照的回收；另一方面，如果OLED器件发射的红光光谱与钙钛矿材料的吸收光谱有重合，钙钛矿器件中的钙钛矿材料可以吸收一部分OLED发出的红光再通过光致发光原理以近红外光出示，同样实现了光照的回收。这样，将发射红光的OLED器件和发射近红外的钙钛矿器件同时集成在一个透明基板上，即可制备出一个多光谱的复合发光模组。进一步的，为了降低成本，并尽量使得OLED器件和钙钛矿器件的使用寿命接近，OLED器件中至少一层使用溶液法制备，优选地，喷墨打印的方式制备。复合发光模组可以同时发射深红和近红外光，能够抵达真皮下不同深度，实现不同疗效，是光疗的优选方案。
一个复合发光模组500的截面结构如图5a所示意，其包含一个基板501，至少一个OLED器件502及其封装层5021，至少一个钙钛矿器件503及其封装层5031。基板501是透明基板，优选地，柔性透明基板，材质选自包含但不限于硅胶，无色PI(聚酰亚胺)，PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)中的一种或多种，优选地是无色PI(聚酰亚胺)。基板501包含第一表面5011和第二表面5012，两个表面相对分别位于基板501的两侧。至少一个OLED器件502设置在基板501的第一表面5011上，至少一个钙钛矿器件503设置在基板501的第二表面5012上，即，至少一个OLED器件502和至少一个钙钛矿器件503分别设置于基板501的两侧。至少一个OLED器件502是一个透明器件，即其阴极和阳极皆为半透明或透明器件。其阳极材质包含但不限于ITO薄膜，IZO薄膜，IGZO薄膜，MoOx薄膜，导电有机薄膜，石墨烯薄膜中的一种或多种，其阴极材质包含但不限于Mg，Ag，Ca，Al等金属薄膜(厚度不大于50nm)，导电有机薄膜，石墨烯薄膜中的一种或多种。OLED器件502发出包含峰值波长在600-750nm的红光，优选地，包含峰值波长在620-700nm之间，更优选地，包含峰值波长在630-700nm之间。OLED器件502发出的光从两个方向出射，出射光5022朝远离钙钛矿器件503的方向出射，出射光5023朝向钙钛矿器件503的方向出射。其中，出射光5022的方向也是复合发光模组500的光照使用方向。钙钛矿器件503是一个正型的底发射器件，即在基板501的第二表面5012上先设置钙钛矿器件503的阳极，其次设置一系列有机层，包含钙钛矿发光层，最后是阴极层。钙钛矿器件503的阳极层也是透明或半透明的，其阳极材质包含但不限于ITO薄膜，IZO薄膜，IGZO薄膜，MoOx薄膜，导电有机薄膜，石墨烯薄膜，中的一种或多种。钙钛矿器件503的阴极层包含具有高反射率的金属层，其阴极材质包含但不限于Ag，Al等金属，且厚度在50nm以上，可以采用蒸镀法制备。高反射率金属阴极还可以采用溶液法的方式制备，其材料可以是包含纳米银颗粒或银线的银浆，而透明阴极可以是打印方式制备的透明导电胶、石墨烯、含低比例纳米银颗粒或银线的银浆或较薄的银浆，含纳米颗粒比例低于50％，优选地低于30％，银浆成膜厚度小于50nm，优选地，小于30nm。钙钛矿器件503发出峰值波长在800-1400nm的近红外光，为非可见光。钙钛矿器件503仅具有一个出光方向，其出射光5032朝向OLED器件的方向出射。这样，在基板501的第一表面5011一侧就能同时有红光出射光5022和近红外出射光5032。由于钙钛矿器件503具有一个高反射率的金属电极，OLED器件502朝向钙钛矿器件503出射的光束5023会被该金属电极反射，并重新朝远离钙钛矿器件503(即朝向OLED器件502)出射光束5024，这部分光同样朝向待使用方向，此时光束5024与光束5022、5023发出基本相同的颜色。另一方面，如果钙钛矿器件503的发光层使用的钙钛矿材料的吸收光谱与OLED器件502发出的出射光谱有重合，钙钛矿器件503中的钙钛矿材料还可以吸收光束5023利用光致发光原理将其下转换成近红外光，并以出射光5024重新射向使用方向，此时光束5024可以包含比光束5022、5023更长波段的光。因此尽管是透明器件，OLED器件502远离使用方向的出射光并没有被浪费，反而被有效地利用起来。OLED器件502和钙钛矿器件503还会有各自的封装层5021和5031，封装层5021和5031可以是不同的材质，优选地是相同的材质。优选地，封装层5021和5031是薄膜封装层，更优选地，封装层5021和5031仅包含有机薄膜封装层，有机薄膜封装层的厚度不低于5μm，优选地，不低于10μm，更优选地，不低于20μm。OLED器件502和钙钛矿器件503的发光面积不小于1mm2，优选地，不小于2mm2，更优选地，不小于5mm2。复合发光模组500还可以进一步包含保护上下膜层504和505，上保护膜504是透明膜层，材质选自包含但不限于硅胶，无色PI(聚酰亚胺)，PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)中的一种或多种，优选地，上保护膜504材质选自医用硅胶。上保护膜层504可以直接与人体肌肤接触而无害。下保护膜层505可以是不透明的柔性膜层，主要起到物理支撑作用。
OLED器件502的制备方法可以采用全蒸镀方法制备，也可以使用溶液法制备，优选地，使用溶液法制备。其中至少有一层有机层采用溶液法制备，溶液法包含但不限于，旋涂、印刷、喷墨打印等。优选地，采用喷墨打印方式制备。例如，OLED器件502的空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层以及发光层可以使用喷墨打印的方式制备，空穴阻挡层、电子传输层以及电子注入层可以采用蒸镀法制备。更优选地，OLED器件的全部有机层都采用溶液法制备，这样一方面可以降低制备成本，另一方面，也可以让OLED器件的寿命与钙钛矿器件接近。钙钛矿器件通常在阳极以上到发光层(含发光层)的有机层都是用溶液法制备，发光层以上到阴极之间的有机层一般采用蒸镀法。但为了提升钙钛矿器件寿命，可以用全蒸镀方法制备，可以让钙钛矿器件的寿命与OLED器件更加接近。
OLED器件502与钙钛矿器件503的发光区域至少部分重合，如图5a所示的复合发光模组500中，OLED器件502与钙钛矿器件503完全重合。在另一个实施例如图5b所示的复合发光模组510中，OLED器件512的发光区域可以比钙钛矿器件513小，这样可以保证从OLED器件512发出的朝向钙钛矿器件513的光束5123可以全部被反射或下转换形成回射光束5124，而不会有光束被漏过钙钛矿器件513。如图5c所示的另一种实施例中展示了一个复合发光模组520，其下保护膜层525也具有高反射率，此时OLED器件522也可以有一部分发光区域不与钙钛矿器件523重合，其朝向钙钛矿器件523方向的出射光5223一部分会被钙钛矿器件523的反射电极反射或吸收后下转换重新回射至使用方向，形成光束5224，另一部分则直接射向具有高反射率的下保护膜525并被其反射回使用方向形成光束5225。此时，下保护膜525的材质可以是金属薄膜(如铝箔、铜箔、锡箔)等，也可以是表面涂覆有一层金属薄膜的其它材质。
复合发光模组还可以包含多个OLED器件和/或多个钙钛矿器件，形成OLED器件和钙钛矿器件阵列，如图6a所示的复合发光模组600示意图，其在透明基板601的一侧6011上设置了一系列OLED器件602，在另一侧6012上设置了一个钙钛矿器件603。此时一系列OLED器件602的发光区域都在钙钛矿器件603的发光区域之内。OLED器件602可以共享封装层6021，也可以各自有独立的封装层(图中未画出)，优选地，OLED器件602共享封装层。钙钛矿器件603远离基板601的一侧也设置有封装层6031。与两个封装层6021和6031相邻的还可以设置上下保护膜层604和605。在这种实施例中，多个OLED器件602在朝向钙钛矿器件603方向的大角度出射光也能被钙钛矿器件反射，且减少OLED面板的发光面积也可以相应的减少材料的使用，即降低成本。在另一个如图6b所示的实施例中，复合发光模组610可以同时在基板611的两侧分别设置一系列OLED器件612和一系列钙钛矿器件613，且每个OLED器件612的发光区域与每个钙钛矿器件613的发光区域至少部分重合，优选地，完全重合。如图6c所示的另一个实施例中，复合发光模组623在基板621的一侧6211上设置了一个OLED器件622，而在另一侧6212上设置了一系列钙钛矿器件623。此时钙钛矿器件623的发光区域完全在OLED器件622的发光区域之内。为了回收利用OLED器件622朝向钙钛矿器件623出射但没有经过钙钛矿器件623的那部分光，下保护膜625应该包含一层反射膜，将这部分光反射回使用方向。注意，尽管图6a-6c中多个OLED器件和钙钛矿器件彼此独立，但是应当理解的是，多个OLED器件可以共享阳极和阴极中的至少一个，优选地共享阴极；同样，多个钙钛矿器件也可以共享阳极和阴极中的至少一个，优选地，共享阴极。
尽管图中未画出，但是OLED器件和钙钛矿器件都均与电驱动装置电连接，优选地，电驱动装置包含一个控制器，可以独立控制OLED器件和钙钛矿器件。当复合发光模组具有如图6a-6c所示的多个OLED器件和/或多个钙钛矿器件时，电驱动装置与光源点阵中的每一个所述器件通过电连接相连，或者每一个所述器件以并联或串联的形式与电驱动装置电连接，优选地，每个所述器件以并联形式与电驱动装置电连接。电驱动装置可以给OLED器件和钙钛矿器件提供直流电。电连接包含但不限于薄膜金属、透明导电材料、FPC引线中的一种或多种。电驱动装置包括但不限于电源，充电装置(优选为无线充电装置)，蓝牙通讯装置，芯片，引线，电路板、开关等装置的一种或多种，其中电源包含电池，电池可选自薄膜电池、微型电池，纽扣电池，化学电池，锂电池，氢电池的一种或多种。电驱动装置还可以通过蓝牙通讯装置与外部电子设备实现无线连接，并由外部电子设备进行控制，例如开关、明暗调节和分区控制等。外部电子设备可以是智能手机、智能手表、平板电脑、笔记本电脑等设备。进一步的，外部电子设备还可以结合一个应用程序(APP)进行控制。
根据本发明的一个实施例，公开一种制备上述复合发光模组的方法，其包含以下步骤：
a.获取透明基板；
b.在透明基板的一侧制备至少一个OLED器件直至完成封装；
c.在透明基板的另一侧制备至少一个钙钛矿器件直至完成封装；
其中步骤b和步骤c能按任意先后顺序发生，即可以先进行步骤b再进行步骤c，或者先进行步骤c再进行步骤b。
在本实施例中，步骤b中，所述OLED器件的至少一个有机功能层用溶液法制备；优选地，用溶液法制备OLED器件的空穴注入层、空穴传输层、电子阻挡层(可选层)和发光层；更优选地，OLED器件的所有有机功能层都用溶液法制备。其中溶液法包含但不限于，旋涂、印刷、喷墨打印等；优选地，采用喷墨打印方式制备。
在本实施例中，步骤c中，所述钙钛矿器件的至少一个功能层用蒸镀法制备，优选地，用蒸镀法制备空穴阻挡层(可选层)、电子传输层和电子注入层，更优选地，用蒸镀法制备全部功能层。
进一步地，在步骤b之后还包含步骤d：在透明基板设置了OLED器件的一侧设置上保护膜；
在步骤c之后还包含步骤e：在透明基板设置了钙钛矿器件的一侧设置下保护膜。
上述复合发光模组可以应用在光疗装置中，对人体皮肤包含但不限于面部、颈部、腿部、腰、头部等部位进行光疗。
本发明公开的复合发光模组，可以利用OLED器件发出高效率的可见光红光，利用钙钛矿器件发出高效率的非可见近红外光，如果应用在光疗产品上，可以实现多重治疗。同时通过巧妙的结构设计，最大限度地利用了出射光，减小光损失，从而进一步加强治疗效果。不仅如此，由于采用了溶液法制备，制造成本得到进一步降低，而OLED和钙钛矿器件的综合性能也能得到更好的平衡。
Claims (17)
1.一种复合发光模组，包含：
一个透明基板，至少一个OLED器件，至少一个电致发光的钙钛矿器件，至少一个电驱动装置；
所述OLED器件和钙钛矿器件分别位于透明基板的两侧；
所述OLED器件上设置第一封装层，所述钙钛矿器件上设置第二封装层；
所述OLED器件具有两个发光面，发出包含峰值波长在600-750nm的光；
所述钙钛矿器件仅具有一个发光面，且朝向透明基板发光，发出包含峰值波长在800-1400nm的光；
所述OLED器件的发光区域与钙钛矿器件的发光区域至少部分重合；
所述OLED器件和钙钛矿器件均与电驱动装置电连接；
所述OLED器件和钙钛矿器件的发光面积均不小于0.01mm2。
2.如权利要求1所述的复合发光模组，透明基板的材质选自硅胶，玻璃，无色聚酰亚胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚萘二甲酸乙二醇酯，聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；优选地，透明基板的材质选自无色聚酰亚胺或硅胶。
3.如权利要求1所述的复合发光模组，所述OLED器件发出包含峰值波长在620-700nm的光；优选地，OLED器件发出包含峰值波长在620-650nm的光。
4.如权利要求1所述的复合发光模组，所述OLED器件和钙钛矿器件的发光面积均不小于0.05mm2；优选地，均不小于0.1mm2；更优选地，均不小于1mm2。
5.如权利要求1所述的复合发光模组，所述OLED器件包含阳极、阴极以及设置在阴阳极之间的有机层，其中至少一层有机层是用溶液法制备；优选地，用喷墨打印方法制备。
6.如权利要求1所述的复合发光模组，所述钙钛矿器件包含阳极、阴极以及设置在阴阳极之间的有机层和至少一层发光层，其中的至少一层有机层是用蒸镀法制备。
7.如权利要求1所述的复合发光模组，所述第一封装层和第二封装层都是薄膜封装层；优选地，所述第一封装层和第二封装层是相同的薄膜封装层。
8.如权利要求7所述的复合发光模组，所述薄膜封装层仅包含有机膜层，优选地，所述有机膜层厚度不低于5μm，优选地，不低于10μm，更优选地，不低于20μm。
9.如权利要求1所述的复合发光模组，所述OLED器件包含阴极和阳极，所述阴极和阳极都是透明或半透明材质；优选地，所述阴极和阳极材质选自ITO薄膜，IZO薄膜，IGZO薄膜，MoOx薄膜，导电有机薄膜，石墨烯薄膜，厚度不大于50nm的金属薄膜中的一种或多种。
10.如权利要求1所述的复合发光模组，所述钙钛矿器件中阴极或阳极中的一个包含高反射率的金属层；优选地，所述高反射率金属层材料选自Al或Ag。
11.如权利要求1所述的复合发光模组，其包含多个钙钛矿器件和/或多个OLED器件。
12.如权利要求1或11所述的复合发光模组，所述OLED器件和钙钛矿器件的发光区域完全重合。
13.如权利要求1所述的复合发光模组，所述电驱动装置包括电源，无线充电装置，蓝牙通讯装置，芯片，引线，电路板、开关中的一种或多种；
优选地，所述电驱动装置能与外部电子设备无线连接，所述电驱动装置包含蓝牙通讯装置且通过蓝牙通讯装置与外部电子设备无线连接；
更优选地，所述外部电子设备包含应用程序，用以驱动和控制所述OLED器件和钙钛矿器件。
14.如权利要求1所述的复合发光模组，其中，所述电连接选自薄膜金属、透明导电材料、FPC引线中的一种或多种。
15.如权利要求1所述的复合发光模组，其还包含在第一封装层远离透明基板一侧的表面设置的上保护膜，所述上保护膜是透明的；
优选地，所述上保护膜材质选自医用硅胶，无色聚酰亚胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚萘二甲酸乙二醇酯，聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；
更优选地，上保护膜材质选自医用硅胶。
16.如权利要求1所述的复合发光模组，其还包含在第二封装层远离透明基板一侧的表面设置的下保护膜；优选地，所述下保护膜是不透明的；更优选地，所述下保护膜包含一层反射层。
17.一种光疗装置，其包含如权利要求1-16中任一项所述的复合发光模组。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410144917.2A CN118159103A (zh) | 2024-02-01 | 2024-02-01 | 一种复合发光模组 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410144917.2A CN118159103A (zh) | 2024-02-01 | 2024-02-01 | 一种复合发光模组 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118159103A true CN118159103A (zh) | 2024-06-07 |
Family
ID=91284298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410144917.2A Pending CN118159103A (zh) | 2024-02-01 | 2024-02-01 | 一种复合发光模组 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118159103A (zh) |
-
2024
- 2024-02-01 CN CN202410144917.2A patent/CN118159103A/zh active Pending
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