CN1462161A - 具有可弯曲有机发光二极管区域照明光源和照明灯具的照明装置 - Google Patents

具有可弯曲有机发光二极管区域照明光源和照明灯具的照明装置 Download PDF

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Abstract

照明装置包括固态区域照明光源，它具有：可弯曲的平面基体，沉积在可弯曲基体上的可弯曲有机发光二极管(OLED)层，该有机发光二极管层包括向OLED层提供电能的第一和第二电极，覆盖OLED层的可弯曲包覆层，以及电连接于第一和第二电极并且延伸出包覆层以通过外部电源使其与第一和第二电极电接触的第一和第二导体，由此光源可以节省空间的平面构型存放；和用于以可拆装的方式容纳和固定三维弯曲构型光源的照明灯具，该照明灯具包括固定弯曲构型光源的支承件和用于在所述第一和第二导体与外部电源之间提供电接触的接触件。

Description

具有可弯曲有机发光二极管区域照明光源 和照明灯具的照明装置
技术领域
本发明涉及将有机发光二极管用于区域照明。
背景技术
在需要耐用和长寿命的应用中，由发光二极管(LED)制成的固态发光器件越发有用。例如，如今已发现固态LED可用于汽车领域。通常通过将多个提供点光源的小LED器件与玻璃透镜结合成为单一组件来形成这些装置，该玻璃透镜被适当设计以控制特定应用所需的光(例如参见WO99/57945，1999年11月11日出版)。这些复合装置昂贵，而且很难制造和集成为单一的区域照明装置。而且，LED器件所提供的点光源不是区域照明优选的光源。
常规的照明装置比如白炽灯泡或荧光灯泡体积大、易碎并且处理和运输时有困难。尽管灯泡充满气体，但是玻璃管易碎并且占据了很大的空间，特别是与装置的实际发光区域或材料相比。必须小心包装灯泡并且需要大的空间来运输。
现有的固态发光元件可以是平面的，因此易于并且划算地运输，但不符合对具有例如在装饰性发光电灯泡中可见到的多种常规三维形状的发光元件的需要。如果消费者可以最低成本来容易和安全地替换发光器件也是有利的。
因此，需要一种改进的、可替换的OLED区域照明器件，其具有使用单一基体的简单构造、与现有的照明基础结构兼容、可以有效地运输并且可提供各种三维形状。
发明内容
通过提供包括固态区域照明光源和照明灯具的照明装置满足了该需求，该光源具有：可弯曲的平面基体，沉积在可弯曲基体上的可弯曲有机发光二极管(OLED)层，该有机发光二极管层包括向OLED层提供电能的第一和第二电极，覆盖OLED层的可弯曲包覆层，以及电连接于第一和第二电极并且延伸出包覆层以通过外部电源使其与第一和第二电极电接触的第一和第二导体，由此光源可以节省空间的平面构型存放；所述照明灯具用于以可拆装的方式容纳和固定弯曲三维构型的光源，该照明灯具包括固定弯曲构型光源的支承件和用于在所述第一和第二导体与外部电源之间提供电接触的接触件。
本发明的优点是：提供的照明装置其光源可被有效地以平面构型存放，因此节省大量的存放空间。另一个优点是：可弯曲的平面光源不易碎并且可包装在薄而无保护垫的包装中。
附图说明
图1表示现有常规OLED照明器件的部分截面图；
图2是本发明一个实施方式的可弯曲区域照明光源的透视图，它包括详细的层结构；
图3是以弯曲构型示出的图2可弯曲光源的透视图；
图4是用于固定图3弯曲构型光源的照明灯具透视图，
图5是光源和照明灯具的顶视图，它示出了用于固定弯曲构型光源的夹子；
图6是本发明另一实施方式的光源和照明灯具的透视图；
图7是本发明可利用光源另一实施方式的透视图；
图8是本发明可利用光源再一实施方式的透视图；
图9是按照本发明另一实施方式固定许多可弯曲光源的照明灯具透视图；
图10是本发明螺旋形构型光源的透视图；
图11是本发明圆锥形构型光源的透视图；
图12是光源和具有标准底座的照明灯具的透视图；
图13是本发明照明装置的透视图，该装置包括根据本发明一个
实施方式的光透射套；
图14是本发明可弯曲光源叠层的透视图；和
图15是现有技术已知OLED光源的截面图。
应理解为图不是按比例的，因为每层太薄，而且各层的厚度差太大从而不允许成比例绘出。
具体实施方式
图1是现有技术OLED光源10的简图，它包括置于两个电极、例如阴极14和阳极16之间的有机发光层12。通过由电源18在电极间施加电压而使有机发光层12发光。OLED光源10通常包括比如玻璃或塑料基体20。应理解为阳极16和阴极14的相对位置可相对于基体而颠倒。术语OLED光源是指有机发光层12、阴极14、阳极16和其它下述层的组合。
如图2所示，固态区域照明光源包括可弯曲的平面基体20，置于可弯曲基体上的可弯曲有机发光二极管(OLED)层12，该有机发光二极管层包括向OLED层提供电源的第一和第二电极14和16，覆盖OLED层的可弯曲包覆层30，以及电连接于第一和第二电极并且延伸出包覆层30以通过外部电源而与第一和第二电极14和16电接触的第一和第二导体24和26，由此光源可以节省空间的平面构型存放。包覆层可以是粘附于OLED层之上并且密封器件边缘的材料的涂覆层或附加层。如果基体和包覆层是透明的，则可透过二者之一或可透过二者发射光。OLED层本身在基体上是连续的，从而形成单一的连续发光区域。如图3所示，可弯曲基体20可被弯曲成三维形式，并且如图4所示，可被插入照明灯具34的孔36内，从而以可拆装的方式容纳和固定弯曲三维构型的光源10。该照明灯具包括支承件38，其具有固定弯曲构型光源的夹子39，和孔36内的接触件40，用于在第一和第二导体与外部电源之间提供电接触。
支承件38可以是透明的。在本发明的一个实施方式中，可弯曲基体可确定接片部分21，该接片部分可具有取向部件比如档28以确保光源以准确的方向被插入组件。可将接片部分21插入灯具34的孔36中并且使光源10成型为围绕支承件38。也可选择的是，无论接片插入的方向如何(未示出)，孔中或可弯曲基体的任一侧可包括其它的接触件，利用导电通路来提供与导体的电接触。
可利用例如粘合剂、钩环扣件或机械限制比如夹子或棘爪将可弯曲基体20固定于支承件38。在不需要基体两侧均发光的应用中，基体、包覆层、阳极或阴极中的一个或多个可以是不透明或反射性的。通过将基体20推入或拉出孔36而将光源10以物理方式插入或移出灯具。
图5表示支承件38的顶视图，该支承件的夹子39用于固定光源10的边缘。为了将光源10装入灯具34中，首先将接片部分21插入孔36。接着将光源10裹在支承件38的周围，并且如箭头A所示将可弯曲光源10的边缘插在夹子39之下。
如图6所示，在另一个实施方式中，可弯曲基体20可确定两个接片21和22。第一和第二导体24和26各自位于相应的接片部分上并且其结构适合灯具34中的辅助孔36和36′。灯具34包括一个或多个用于支撑可弯曲光源10的翼片41。
如图7所示，在另外一个实施方式中，基体20未确定物理突出部分，但包括位于基体20边缘的第一和第二导体24和26。图8表示另一选择性的设置，其中第一和第二导体24和26在基体20的对棱。在图7和图8所示的实施方式中，照明灯具中的孔足够宽从而可容纳基体的整个棱边。可选择的是，基体可包括用于支撑光源的两个或多个棱边的夹子，以使光源弯成三维构型、例如圆柱构型。照明灯具中的接触件可位于夹子中。可容易地设计出其它各种构型，这包括环形或圆锥形截面。
图9示出了可选择的灯具和支承件，其中两个光源10被置于常规灯具34中。图6和9所示的半圆柱构型可用于例如架下(under-shelf)照明。
图10表示的另一实施方式中，光源10的主体具有延伸的长方形并且通过灯具34固定为螺旋构型。在螺旋形的两端都设置有夹子39来固定光源。图11表示的实施方式中，光源10被灯具34固定为锥形。
图4中，可使照明灯具34来将OLED光源10连接于外部电源(比如标准家用电网，未示出)。灯具34可包括电源调节回路50，从而使来自外部电源的电能转换为适于驱动OLED光源10的形式。例如，OLED光源10可需要特定波形和大小的校正电压；所述电源调节回路可利用常规电源控制回路来提供特定波形。特定波形可周期性的使发光有机材料反偏压从而延长OLED材料的寿命。灯具也可包括控制光源电能的开关(未示出)。
可通过改变向OLED提供的电能来控制光源10的亮度。尤其是，可利用本领域熟知的脉冲宽度调制方案(参见例如EP1094436A2，2001年4月25日出版)并且通过电源调节回路50来进行。可选择的是，可减少提供给发光区域的能量，例如通过减少供给OLED的电压或限制电流来减少。可将亮度控制开关并入插座中，例如形成可变电阻开关。电源可以是如在北美洲常见的标准110伏交流、欧洲常见的220伏交流或其它比如24、12或6伏直流的标准电压构成。
提供的OLED光源10可以是标准元件，并且将灯具34定制成适合不同电源系统的市售品。提供的OLED光源10可具有不同的形状或适用于特定应用的其它特征，并且可与常规的插座一起使用，因此降低了成本并且提高了照明装置的有效性。
如图12所示，照明灯具34可包括支撑部分38和标准灯泡基座44比如图12所示的US标准螺旋型灯座或销型(pin-type)基座(未示出)。现有技术中已知多种类型的标准灯座并且可将其与本发明的灯具结合使用。
如图13所示，可在OLED光源10周围设置透明或半透明屏壁或外罩，从而使光散射并且提供辅助的物理保护和装饰性外观。外罩可具有各种形状，例如标准灯泡形状。
如图14所示，可将可弯曲光源10以平面构型叠放和包装，从而可紧凑地存放和运输。这种紧凑的包装方式显著减少了常规灯泡必需的包装体积，并且提供了结实耐用的方式来存放、运输和堆放照明光源10。
可将本发明广泛用于常规应用中，例如台灯、地灯、吊灯或枝形吊灯。也可将本发明用于利用直流电源的、可携带的照明器件。
在优选实施方式中，有机发光二极管层(OLED层)由小分子OLED组成，如于1988年9月6日授予Tang等的US4769292和于1991年10月29日授予VanSlyke等的US5061569所述，但并不限于此。
本发明可成功实现的OLED元件有多种构型。图15示出了典型但并非是限制的结构，该结构由阳极层13、空穴注入层105、空穴传输层107、发光层109、电子传输层111和阴极层113构成。下面将详细描述这些层。优选各有机层总的复合厚度小于500nm。需要电压/电流源250来为OLED元件提供能量并且需要导线260使阳极和阴极电连接。TFT层和辅助线提供这些功能。
基体20优选是透光的，但是也可以是不透明的。此时所用的基体包括但不限于非常薄的玻璃和塑料。
对于OLED层发射的光而言，优选阳极层103是透明或基本上是透明的。本发明常用的透明阳极材料是氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)和氧化锡，但其它金属氧化物也可使用，这包括但不限于铝或铟掺杂的氧化锌，氧化镁铟和氧化镍钨。除了这些氧化物外，也可将金属氮化物比如氮化镓、金属硒化物比如硒化锌和金属硫化物比如硫化锌用于层103中。当阳极不透明时，层103的透光特性不重要，并且可利用任何透明、不透明或反射性的导电材料。该用途的导体实例包括但不限于金、铱、钼、钯和铂。典型的透射或其它类型阳极材料具有4.1ev或更大的功函。理想的阳极材料通常通过任何适宜的方法来沉积，比如通过蒸发、溅射、化学气相沉积或电化学方式。可利用熟知的照相平版印刷法来使阳极图案化。
在阳极103和空穴传输层107之间设置空穴注入层105通常是有用的。空穴注入材料有助于改进随后有机层的膜形成性能，并且有助于将空穴注入空穴传输层。适于作为空穴注入层的材料包括但不限于如US4720432所述的卟啉化合物(porphyrinic compound)和如US6208075所述的等离子体沉积的氟烃聚合物。报道的可用于有机EL器件的其它选择性空穴注入材料在EP0891121A1和EP1029909A1中有描述。
空穴传输层107含有至少一种空穴传输化合物比如芳族叔胺，其中后者被认为是含有至少一个三价氮原子的化合物，该氮原子仅与碳原子相连，该碳原子中的至少一个是芳环的一员。芳族叔胺的一种形式可以是芳基胺，比如一芳基胺、二芳基胺、三芳基胺或聚合芳基胺。Klupfel等在US3180730中例法了典型的单体三芳基胺。被一个或多个乙烯基取代和/或包含至少一个含活性氢的集团的其它合适的三芳基胺公开于Brantley等的US3567450和US3658520中。如US4720432和US5061569所述，更优选的芳族叔胺类型是那些包括至少两个芳族叔胺部分的叔胺。有用的芳族叔胺的示例包括但不限于下列：
1，1-双(4-二-对甲苯基氨基苯基)环己烷
1，1-双(4-二-对甲苯基氨基苯基)-4-苯基环己烷
4，4′-双(二苯基氨基)四联苯
双(4-二甲基氨基-2-甲基苯基)-苯基甲烷
N，N，N，-三(对甲苯基)胺
4-(二-对甲苯基氨基)-4′-[4(二-对甲苯基氨基)-苯乙烯基]茋
N，N，N′，N′-四-对甲苯基-4-4′-二氨基联苯
N，N，N′，N′-四苯基-4，4′-二氨基联苯
N，N，N′，N′-四-1-萘基-4，4′-二氨基联苯
N，N，N′，N′-四-2-萘基-4，4′-二氨基联苯
N-苯基咔唑
4，4′-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯
4，4′-双[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)氨基]联苯
4，4″-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]对三联苯
4，4′-双[N-(2-萘基)-N-苯基氨基]联苯
4，4′-双[N-(3-苊基)-N-苯基氨基]联苯
1，5-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘
4，4′-双[N-(9-蒽基)-N-苯基氨基]联苯
4，4″-双[N-(1-蒽基)-N-苯基氨基]对三联苯
4，4′-双[N-(2-菲基)-N-苯基氨基]联苯
4，4′-双[N-(8-荧蒽基)-N-苯基氨基]联苯
4，4′-双[N-(2-芘基)-N-苯基氨基]联苯
4，4′-双[N-(2-并四苯基)-N-苯基氨基]联苯
4，4′-双[N-(2-苝基)-N-苯基氨基]联苯
4，4′-双[N-(1-蒄基)-N-苯基氨基]联苯
2，6-双[二-对甲苯基氨基]萘
2，6-双[二-(1-萘基)氨基]萘
2，6-双[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)氨基]萘
N，N，N′，N′-四(2-萘基)-4，4″-二氨基-对三联苯
4，4′-双{N-苯基-N-[4(1-萘基)-苯基]氨基}联苯
4，4′-双[N-苯基-N-(2-芘基)氨基]联苯
2，6-双[N，N-二(2-萘基)胺]芴
1，5-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘
可利用的另一类空穴传输材料包括如EP1009041所述的多环芳族化合物。另外，可利用聚合空穴传输材料，比如聚(N-乙烯基咔唑)(PVK)、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺，和共聚物比如亦被称为PEDOT/PSS的聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)/聚(4-苯乙烯磺酸盐)。
如US4769292和5935721详述，有机EL元件的发光层(LEL)109包括发光或荧光材料，其中电子-空穴对在该区域的复合导致产生了电致发光。发光层可由单一材料组成，但更常见的是由掺杂有一种或多种客体化合物的基质材料组成，其中光发射主要来自掺杂剂并且可以是任何颜色。发光层的基质材料可以是定义如下的电子传输材料、定义如上的空穴传输材料或支持空穴-电子组合的另一种材料或材料的组合。掺杂剂通常选自强荧光染料，但是也可利用磷光化合物、例如WO98/55561、WO00/18851、WO00/57676和WO00/70655所述的过渡金属配合物。通常将0.01-10重量％的掺杂剂涂入基质材料。苯基吡啶的铱配合物及其衍生物是特别有用的发光掺杂剂。也可将聚合物材料比如聚芴和聚乙烯基芳撑(polyvinylarylene)(例如聚(对亚苯基亚乙烯基)(poly(p-phenylenevinylene))，PPV)用作基质材料。此时，小分子掺杂剂可以分子形式分散于聚合基质中，或可通过共聚合少量组分而将掺杂剂加入基质聚合物。
用于选择染料作为的掺杂剂的一个重要相互关系是比较带隙位差(bandgap potential)，其定义为最高被占据的分子轨道和最低未被占据的分子轨道之间的能量差。为了从基质向掺杂剂分子进行有效的能量传递，必要的条件是掺杂剂的带隙位差小于基质材料的带隙位差。
已知可利用的基质和发射分子包括但不限于如US4,769,292，US5,141,671，US5,150,006，US5,151,629，US5,405,709，US5,484,922，US5,593,788，US5,645,948，US5,683,823，US5,755,999，US5,928,802，US5,935,720，US5,935,721，和US6,020,078所述的那些。
8-羟基喹啉的金属配合物和类似的8-羟基喹啉衍生物构成一类能支持电致发光的基质化合物，而且特别适用。可利用的螯合8-羟基喹啉型(oxinoid)化合物的例子如下：
CO-1：三(8-羟基喹啉)铝[别名：三(8-喹啉醇化)铝(III)]
CO-2：双(8-羟基喹啉)镁[别名：双(8-喹啉醇化)镁(II)]
CO-3：双[苯并{f}-8-羟基喹啉醇化]锌(II)
CO-4：双(2-甲基-8-喹啉醇化)铝(III)-μ-氧基-双(2-甲基-8-喹啉醇化)铝(III)
CO-5：三(8-羟基喹啉)铟[别名：三(8-喹啉醇化)铟]
CO-6：三(5-甲基-8-羟基喹啉)铝[别名：三(5-甲基-8-喹啉醇化)铝(III)]
CO-7：8-羟基喹啉锂[别名：(8-喹啉醇化)锂(I)]
CO-8：8-羟基喹啉镓[别名：三(8-喹啉醇化)镓(III)]
CO-9：8-羟基喹啉锆[别名：四(8-喹啉醇化)锆(IV)]
可利用的其他类型的基质材料包括：蒽的衍生物比如9，10-二-(2-萘基)蒽及其衍生物，如US5121029所述的二苯乙烯基亚芳基衍生物和吲哚衍生物，例如2，2′，2″-(1，3，5-亚苯基)三[1-苯基-1H-苯并咪唑]，但并非穷举。
有用的荧光掺杂剂包括蒽的衍生物、并四苯、氧杂蒽、二萘嵌苯、红荧烯、香豆素、若丹明、喹吖酮、二氰亚甲基吡喃化合物、噻喃化合物、聚甲川化合物、pyrilium和硫代pyrilium化合物、芴衍生物、periflanthene衍生物和喹诺酮(carbostyryl)化合物，但并非穷举。
优选用于形成本发明有机EL器件电子传输层111的薄膜形成材料是金属螯合的8-羟基喹啉型化合物，这包括8-羟基喹啉本身(通常也被称为8-羟基喹啉)的螯合物。该化合物有助于注入和传输电子，显示高性能水平并且易于制造成薄膜的形式。以上已列出了8-羟基喹啉型化合物的实例。
其它电子传输材料包括如US4356429所公开的各种丁二烯衍生物和如US4539507所述的各种杂环荧光增白剂。吲哚和三嗪类也是有用的电子传输材料。
有时，可任选地将层111和109折合成单一层，该单一层具有支持发光和电子传输的双重功能。既可将这些层折叠成小分子OLED体系，又可将这些层折叠成聚合OLED体系。例如，在聚合体系中，通常利用具有聚合发光层比如PPV的空穴传输层比如PEDOT-PSS。在该体系中，PPV具有支持发光和电子传输的双重功能。
优选地，阴极113是透明的并且可包括几乎任何透明导电材料。可选择的是，阴极113可以是不透明或反射性的。适宜的阴极材料具有好的膜形成性能，以确保与其下的有机层接触良好，促进在低压下的电子注入和具有好的稳定性。有利的阴极材料通常含有低功函金属(＜4.0ev)或金属合金。一种优选的阴极材料由Mg∶Ag合金构成，其中如US4885221所述，银的百分数范围为1-20％。另一种合适类型的阴极材料包括双层，该双层含有薄的电子注入层(EIL)和较厚的导电金属层。EIL位于阴极和有机层(例如ETL)之间。此时，ETL优选包括低功函的金属或金属盐，并且如果是这样，则较厚的导体层不需要具有低功函。如US5677572所述，这样的一种阴极由LiF薄层和之后的较厚Al层构成。US5059861、5059862和6140763公开了其它可利用的阴极材料类型，但并非穷举。
当阴极层113为透明或几乎透明时，金属必须是薄或透明的导电氧化物或是这些材料的组合。US4,885,211，US5,247,190，JP3,234,963，US5,703,436，US5,608,287，US5,8 37,391，US5,677,572，US5,776,622，US5,776,623，US5,714,838，US5,969,474，US5,739,545，US5,981,306，US6,137,223，US6,140,763，US6,172,459，EP1076368和US6,278,236已详细描述了任选的透明阴极。通常通过蒸发、溅射或化学气相沉积来沉积阴极材料。需要时可通过许多熟知的方法来实现图案化，这些方法包括但不限于完全掩膜(through-mask)沉积、如US5276380和EP0732868所述的整体网板(integral shadow masking)、激光烧蚀和选择性化学气相沉积。
通过气相方法比如升华来适当地沉积上述有机材料，但也可由流体、例如由溶剂来沉积有机材料，该溶剂具有任选的粘结剂以促进膜的形成。如果材料是聚合物，则溶剂沉积是有效的，但也可利用其它方法，比如溅射或由施主板的热传输。可由升华器“舟”来蒸发待升华沉积的材料，该“舟”例如如US6237529所述通常由钽材组成，或是首先将其涂覆至施主板，并且接着在很接近基体处升华。混合物材料层可利用分离的升华器舟，或是先将材料预混并且由单个舟或施主板涂覆。可利用网板、整体网板(US5294870)、来自施主板的空间限定的热染料传输(US5851709和6066357)和喷墨法(US6066357)来实现图案化沉积。尽管可将所有的有机层图案化，但是最常见的是仅将发光层图案化，并且可在整个器件上均匀沉积其它层。
如果需要，为了增进其性能，本发明所用的OLED层可利用各种熟知的光学效果。这包括使层厚最佳化以产生最大的光透射、提供介质镜结构、用吸光电极来替换反射电极、在器件上提供抗反光或抗反射涂层、在器件上提供偏光介质、或在器件上提供着色的、中性不透光度的、或颜色变换的滤光片。特别是可在包覆层上或作为包覆层的一部分提供滤光片、偏光器和抗反光或抗反射涂层。

Claims (1)

1.照明装置，它包括：
a)固态区域照明光源，它具有：
i)可弯曲的平面基体，
ii)沉积在所述可弯曲基体上的可弯曲有机发光二极管(OLED)层，该有机发光二极管层包括向OLED层提供电能的第一和第二电极，
iii)覆盖OLED层的可弯曲包覆层，和
iv)电连接于第一和第二电极并且延伸出包覆层以通过外部电源使其与第一和第二电极电接触的第一和第二导体，由此光源可以节省空间的平面构型存放；
b)用于以可拆装的方式容纳和固定弯曲三维构型光源的照明灯具，该照明灯具包括固定弯曲构型光源的支承件和用于在所述第一和第二导体与外部电源之间提供电接触的接触件。
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