CN1533223A

CN1533223A - 串并联有机发光二极管光源

Info

Publication number: CN1533223A
Application number: CNA2004100304287A
Authority: CN
Inventors: Dr; D·R·斯特里普
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2004-09-29
Also published as: US6870196B2; KR20040082963A; US20040183067A1; TW200423808A; EP1460884A2; EP1460884A3; JP2004288632A

Abstract

一种有机发光二极管(OLED)光源，它包括多组OLED，每组的OLED并联电连接，各组串联电连接。

Description

串并联有机发光二极管光源

技术领域

本发明涉及有机发光二极管(OLED)光源，更详细地说，涉及用于在OLED光源中电连接多个发光二极管的结构。

背景技术

2002年12月19日公开的Duggal等人的美国专利申请No.2002/0190661公开了一种有机发光二极管(OLED)光源，它包括安排成多个组的多个OLED。同一组中的OLED电串联连接，各组则电并联连接。这种配置此处称为并/串联配置。这种并/串联配置可以在电压远高于单个OLED的压降时供AC电压电源使用，并容许一组或多组中一个或多个OLED的短路故障。但并/串联配置有一个问题是一组中任何一个OLED的开路故障会导致全组的所有OLED都不能工作。所示并/串联配置要求在每个掩蔽步骤中公差都非常小，因此很难制造。

因此需要能避免上述问题的光源中OLED的改进配置。

发明内容

根据本发明，通过提供一种有机发光二极管(OLED)光源来满足这种需要，所述有机发光二极管光源包括多组OLED，每一组中的OLED电并联连接，而所述各组电串联连接，此处称为串/并联配置。

本发明的串/并联OLED光源具有既容许光源中OLED的短路故障又容许光源中OLED的开路故障的优点。

附图说明

图1是按照本发明一个实施例的串/并联OLED光源的电路简图；

图2是图1所示的串/并联OLED光源的布局图；

图3是按照本发明另一个实施例的串/并联OLED光源的电路简图；

图4是图3所示的串/并联OLED光源的布局图；

图5是按照本发明又一个实施例的串/并联OLED光源的电路简图；

图6是图1所示类型的的串/并联OLED光源的电路简图，包括向各组二极管依次加反偏流的装置；

图7是按照本发明又一个实施例的串/并联OLED光源的电路简图。

具体实施方式

参阅图1，按照本发明一个实施例的串/并联OLED光源10包括第一组12的OLED14和第二组16的OLED14。第一和第二组12和16中的OLED14分别电并联连接，组12和16串联连接。电源18，例如DC电源或电池，连接到光源10，以便向光源供电。显然，为了便于说明，图中示出两组，各有两个二极管，但在按照本发明的串/并联配置中可以安排多于两个组，各有多于两个二极管。这种串/并联配置优于先有技术的并/串联结构，因为当有熔丝时这种串/并联配置既容许开路故障又容许短路故障，如下所述。

当一组中一个OLED发生开路故障时，电流仍然流过所述组中其它的OLED，从而使所述组中其余OLED发光，并向串联的其它组提供电流。如果OLED发生短路故障，则部分电流流过短路点，但还可以有部分电流流到所述组中的其它OLED。

一组中一个OLED的短路故障会减少流到所述组其它OLED的电流，从而使所述组中其它OLED变暗。为解决此情况，可在每个OLED的负极和将所述组OLED的负极并联连接的导电体之间设置熔丝20。如果一个OLED发生短路，流过短路OLED的增大的电流使熔丝开路，将短路故障转换成了开路故障。

参阅图2，图中示出图1所示类型的串/并联OLED光源的布局图，共有三组，每组有四个OLED。所述布局包括在衬底30上形成的具有图案的第一导电层，以便形成每组OLED的公共正极32。在正极32上淀积未形成图案的OLED材料层34。在OLED材料层34上淀积具有图案的第二导电层，以便形成每组OLED的公共负极36。每组的负极36通过导电条38电并联连接，而各个负极36通过导电层的细颈40连接到导电条38。细颈40起图1所示的熔丝20的作用。在如图2中X所示的叠加区，每个顺序的组中负极导电条38电连接到所述一系列组中前一组的正极32。

对于大多数公共照明应用，可用的电源是AC。图1和2所示的配置仅利用了AC周期的一半，除非AC电源是全波整流的。

参阅图3，在本发明的另一种配置中，每组12和16包括多个按一个方向连接的二极管14和多个按相反方向连接的二极管14’。利用这种配置，按照一个方向连接的二极管在AC电源22的半个周期发光，而按照相反方向连接的二极管在另半个周期发光。如果光源中二极管的数量在每个方向都配置得相等，则在每半个周期中光源发出同样的光量。在这种配置的一个实例中，每组中各二极管的连接方向交替改变，如图7所示。

参阅图4，图中示出图3所示类型的串/并联OLED光源的布局图，共有三组，每组有四个OLED。所述布局包括在衬底30上形成的具有图案的第一导电层，以便形成每组OLED的公共正极32。在正极32上淀积未形成图案的OLED材料层34。在OLED材料层34上淀积具有图案的第二导电层，以便形成每组OLED的公共负极36。每组的负极36通过导电条38电并联连接，各个负极36通过导电层的细颈40连接到导电条38。细颈40起图3所示的熔丝20的作用。每一组包括按一个方向连接的四个OLED和按相反方向连接的四个OLED，在器件中心用X表示的叠加区，第一组四个OLED的负极导电条电连接到第二组四个OLED的正极，反之亦然。在图4中所示的器件两端用X表示的叠加区，每组的负极导电条38电连接到所述一系列组中前一组的正极32。

或者，可以这样安排光源的布局，使得按一个方向连接的各排二极管和按相反方向连接的各排二极管相互交织，如图5所示，以便对于AC电源的交变的相位，使方向交变的各排二极管发光。

物理常数可能使构成熔丝20的导电材料的细颈40很难定尺寸以使它们在二极管发生短路时肯定断开。为确保熔丝对二极管短路作出响应而熔断，可将反偏流定期加到在同一方向上并联连接的成组的二极管上。图6示出了用作光源的这种技术，其中各组二极管都按一个方向连接，如图1所示。由于一组中的二极管会阻断流向其它组二极管的反偏流，加到光源上的电源极性就不能简单地反向施加反偏流。而是将每组二极管依次连接到反极性电压的电源24上，在图6中示意地以旋转开关26的形式示出。可以在光源本身中设置用于顺序地施加反偏压的电子线路，或在容纳光源的照明设备中设置用于顺序地施加反偏压的电子线路。

在每组二极管中包括按相反方向连接的子组时，如图5所示，反偏流需独立地加到每组中二极管的每个子组上。

由于提供电连接到负极的导电条38的导电率会影响光源的均匀性，所以，可以提供一个高导电率的总线(例如银或铜)与导电条38电接触，以减小导电条38的电阻。这种技术可以用在上述任一种配置来提高至负极的电连接的导电率。

本发明可以用在多种传统的应用中，例如台灯、落地灯或枝形吊灯等。或者，本发明可以用作传统的吊顶的平板照明装置。本发明也可用于采用DC电源的便携式照明装置中。

在优选实施例中，本发明用在包括有机发光二极管(OLED)的装置中，二极管由小分子或聚合OLED材料构成，如在共同转让的1988年9月6日发布的授予Tang等的US4,769,292和1991年10月29日发布的授予VanSlyke等的US 5,061,569已公开的小分子或聚合OLED材料，但不限于此。有机发光材料的许多组合和改动都可用来制造这种装置。

本发明的OLED装置通常设置在支撑衬底上，其中，或者负极或者正极可与所述衬底相接触。与衬底相接触的电极通常称为底部电极。通常底部电极是正极，但本发明并不限于这种配置。衬底可以是透光的或不透明的，根据所需的发光方向而定。透光性对于观看通过衬底的电致(EL)发光很需要。在这种情况下通常采用透明玻璃或塑料。对于通过上部电极观看EL发光的应用，底部电极的透光特性就不重要，因此可以是透光的、光吸收的或光反射的。用于这种情况的衬底包括但不限于玻璃、塑料、半导体材料、硅、陶瓷和电路板材料。衬底、正极或负极中的一个或多个可以是透明的。

当EL发光是通过正极时，正极对于有关的发光应是透明的或基本上是透明的。在本发明中常用的透明正极材料为氧化铟锡(ITO)，氧化铟锌(IZO)和氧化锡，但其它金属氧化物也可用，包括但不限于，掺杂铝或铟的氧化锌、氧化镁铟和氧化镍钨。除了这些氧化物之外，金属氮化物(例如氮化镓)、金属硒化物(例如硒化锌)以及金属硫化物(如硫化锌)都可以用作正极。对于EL发光只通过负极电极的应用，正极的透光特性就不重要，可以使用任何导电材料，透明的、不透明的或反射的。供这种应用的导电体实例包括，但不限于金、铱、钼、钯和铂。典型的正极材料，透明或不透明，具有4.1eV或更大的功函数。所需的正极材料通常通过适当的装置淀积，例如蒸发、溅射、化学汽相淀积或电化学装置等。正极可以利用众所周知的光刻过程或在制备时利用掩模来形成图案。

通常在正极和发光层之间设置空穴注入层很有用。空穴注入材料用来改进随后有机层的薄膜形成特性并便于将空穴注入到空穴传输层中。空穴注入层使用的合适材料包括但不限于卟啉化合物，如共同转让的US4,720,432中所述，和等离子淀积的碳氟聚合物，如共同转让的US6,208,075中所述。据报道在有机EL器件中有用的其它空穴注入材料在EP 0891121A1和EP 1029909A1中有说明。

空穴传输层包括至少一种空穴传输化合物，例如芳香叔胺，其中后者已知是含有至少一个仅与碳原子(至少一个碳原子是芳香环的一个成员)结合的三价氮原子的化合物。芳香叔胺的一种形式可以是芳基胺，例如单芳基胺，二芳基胺，三芳基胺或聚合芳基胺。示范性单体三芳基胺由Klupfel等在US 3,180,730中作了说明。被一个或多个乙烯基取代的和/或包括至少一个含活泼氢基团的其它适用的三芳基胺由Brantley等在共同转让的US 3,567,450和3,658,520中公开。

更优选的芳香叔胺种类是包括至少两个芳香叔胺部分的那些化合物，如在共同转让的US 4,720,432和5,061,569中所述。空穴传输层可以由单一的芳香叔胺化合物或其混合物形成。有用的芳香叔胺如下列：

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(quadriphenyl)

双(4-二甲氨基-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]1，2-二苯乙烯

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-蔻基)-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)氨基]芴

1，5-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘

另一类有用的空穴传输材料包括多环芳香化合物，如EP 1009041所述。此外，可以用聚合空穴传输材料，例如聚(N-乙烯基咔唑)(PVK)、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺以及共聚物如聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)/聚(4-苯乙烯磺酸酯，也称为PEDOT/PSS。

如共同转让的US 4,759,292和5,935,721所述，有机EL元件的发光层包括发光或荧光材料，在此区域中因电子-空穴对的重新组合而产生电致发光。发光层可包括单一材料，但更通常是由基质材料构成，所述基质材料掺杂有一种或多种辅助化合物，而发光主要来自于掺杂剂，而且可以是任何颜色。所述发光层中的基质材料可以是下述的电子传输材料、上述的空穴传输材料或支持空穴-电子重新组合的其它材料或材料组合。掺杂剂通常从高荧光染料中选择，但磷光化合物，例如在WO 98/55561、WO 00/18851、WO 00/57676、WO00/70655中所述的过渡金属络合物也有用。一般将掺杂剂按0.01％到10％重量比涂敷到基质材料中。聚合材料，例如聚芴和聚乙烯基亚芳基(例如聚对亚苯基亚乙烯基PPV)，也可用作基质材料。在此情况下，小分子掺杂剂以分子形式分散到聚合物基质中，或者通过共聚小量成分的方法将掺杂剂加入到基质聚合物中。

选择染料作掺杂剂的一个重要关系是要比较带隙电位，它定义为分子最高占用的分子轨道和最低占用的分子轨道之间的能量差。要获得从基质到掺杂剂分子的有效能量转换，一个必需的条件是掺杂剂的带隙小于基质材料的带隙。

已知有用的基质和发光分子包括但不限于在共同转让的US4,768,292；5,141,671；5,150,006 5,151,629；5,405,709；5,484,922；5,593,788；5,645,948；5,683,823；5,755,999；5,928,802；5,935,720；5,935,721；和6,020,078中所述的那些材料。

8-羟基喹啉的金属络合物和类似衍生物构成能支持电致发光的一类有用的基质化合物。有用的鳌合oxinoid化合物有以下一些：

CO-1：Aluminum trisoxine[即是三(8-羟基喹啉合)铝(III)]

CO-2：Magnesium bisoxine[即是双(8-羟基喹啉合)镁(II)]

CO-3：双[苯并{f}-8-羟基喹啉合]锌(II)

CO-4：双(2-甲基-8-羟基喹啉合)铝(III)-μ-氧代-双(2-甲基-8-羟基喹啉合)铝(III)

CO-5：Indium trisoxine[即是三(8-羟基喹啉合)铟]

CO-6：Aluminum tris(5-methyloxine)[即是三(5-甲基-8-羟基喹啉合)铝(III))

CO-7：Lithium oxine[即是(8-羟基喹啉合)锂(I)]

CO-8：Gallium oxine[即是三(8-羟基喹啉合)镓(III)]

CO-9：Zirconium oxine[即是四(8-羟基喹啉合)锆(IV)

其它种类有用的基质材料包括但不限于蒽的衍生物，例如9，10-二(2-萘基)蒽及其衍生物，US5,121,029中所述的二苯乙烯亚芳基衍生物，以及吲哚衍生物，如2，2’，2”-(1，3，5-亚苯基)三[1-苯基-1H-苯并咪唑]。

有用的荧光掺杂剂包括但不限于：蒽的衍生物，并四苯，呫吨，苝，红荧烯，香豆素，碱性蕊香红B，喹吖啶酮，二氰基亚甲基吡喃化合物，噻喃化合物，多次甲基化合物，pyrilium和thiapyrilium，芴衍生物，periflanthene和carbostyryl化合物。

用于形成本发明有机EL元件的电子-空穴传输层的优选薄膜形成材料是金属oxinoid化合物，包括oxinoid鳌合物本身(通常也称为8-羟基喹啉)。这些化合物有助于注入和传输电子，呈现优异的性能，并易于制造成薄膜形式。示范的oxinoid化合物如上文所列。

其它电子传输材料包括各种丁二烯衍生物，如共同转让的US4,356,429中所述，以及各种杂环光亮剂，如共同转让的US 4,539,507中所述。吲哚类和三嗪类也是有用的电子传输材料。

在某些实例中，发光层和电子-传输层也可以作成单一层，实现支持发光和电子传输两种功能。既可以把这些层压缩到在小分子OLED系统中又可以把这些层压缩到聚合OLED系统中。例如，在聚合物系统中，常采用诸如PEDOT-PSS的空穴传输层以及诸如PPV的聚合发光层。在所述系统中，PPV实现支持发光和电子传输两种功能。

当完全通过正极发光时，本发明使用的负极可以包括几乎任何导电材料。最好的材料应具有良好的薄膜形成性能以确保和下面的有机层有良好的接触，在低电压时能促进电子注入，并具有良好的稳定性。有用的负极材料常含有低功函数金属(＜4.0eV)或金属合金。一种优选的负极材料由Mg∶Ag合金组成，其中银的百分比在1％到20％范围内，如共同转让的US 4,885,221中所述。另一种适合的负极材料包括双层，即与有机层(例如ETL)接触的电子注入薄层(EIL)，有机层上复有一层较厚的导电金属。此时，EIL最好包括低功函数的金属或金属盐，如果是这样，则较厚的覆盖层就不需要有低的功函数。一种这样的负极由一薄层LiF，复以一厚层铝构成，如共同转让的US 5,677,572中所述。其它有用的负极材料组包括但不限于在共同转让的US 5,059,861和6,140,763中所述的材料。

当通过负极发光时，负极必需是透明的或近乎透明的。对于这些应用，金属必需很薄而且必需使用透明的导电氧化物或其组合。

光学透明的负极在以下美国专利中有详细的说明：US4,885,211；5,247,190；；5,703,436；5,608,287；5,837,391；5,677,572；5,776,622；5,776,623；5,714,838；5,969,474；5,739,545；5,981,306；6,137,223；6,140,763；6,172,459；6,278,236；EP 1076368和JP3,234,963。负极材料通常用蒸发、溅射，或化学汽相淀积等方法淀积。必要时，可以通过许多已知的方法形成图案，所述已知的方法包括但不限于如共同转让的US5,276,380和EP 0732868中所述的透过式掩模淀积、整体荫罩遮蔽、激光消融，以及选择性化学汽相淀积。

上述有机材料适合于通过汽相方法例如升华等进行淀积，但也可以从液体，例如含有可选结合剂的溶剂进行淀积，以改进薄膜的形成。如果材料是聚合物，溶剂淀积就比较有用，但其它方法也可以使用，例如来自施主片的溅射或热转移。用升华法淀积的材料可以从通常含有钽材料的升华“舟”中蒸发，例如，如共同转让的US6,237,529中所述，或者先涂复到施主片上，然后在衬底附近升华。具有材料混合物的层可以用分别的升华舟，或将材料预先混合，然后用单舟或施主片涂复。可以利用荫罩、整体荫罩(共同转让的US5,294,870)、从施主片的空间限定热染料转移(共同转让的US5,851,709和6,066,357)以及喷墨方法(共同转让的US6,066,357)来实现具有图案的淀积。

大多数OLED对湿气或氧气或二者都很敏感，所以它们通常都被密封在惰性气体例如氮或氩中，而且还有干燥剂，例如氧化铝，铝矾土，硫酸钙，黏土，硅胶，沸石，碱金属氧化物，碱土金属氧化物，硫酸盐，或金属卤化物和高氯酸盐。封装和干燥的方法包括但不限于US 6,226,890中所述。此外，在封装技术中已知还用阻挡层，例如SiO_x，聚四氟乙烯以及其它的无机/聚合层。

Claims

1.一种有机发光二极管光源，它包括多组有机发光二极管，每组的有机发光二极管并联电连接，各组串联电连接。

2.如权利要求1所述的光源，其特征在于还包括与每个有机发光二极管串联连接的熔丝，用于在短路时作出响应而使与有机发光二极管的所述电连接开路。

3.如权利要求2所述的光源，其特征在于：每组有机发光二极管的负极并联连接到负极总线上，所述熔丝连接在所述负极和所述负极总线之间。

4.如权利要求3所述的光源，其特征在于：所述负极和所述总线包括具有图案的导电材料层，并且所述熔丝包括所述负极和所述负极总线之间的导电材料细颈。

5.如权利要求4所述的光源，其特征在于：所述负极总线还包括与具有图案的导电材料层接触的金属导体。

6.如权利要求1所述的光源，其特征在于：所述有机发光二极管组包括按相反方向连接的两个子组，从而所述光源在AC电源的两个半周期中都可对所述AC电源作出响应而发光。

7.如权利要求1所述的光源，其特征在于：所述子组安排成以相反方向连接的各交错的有机发光二极管排，从而所述光源的光输出在空间上是均匀的。

8.如权利要求2所述的光源，其特征在于还包括用于定期向一组中的有机发光二极管施加反向偏置以便帮助熔断有短路故障的任何有机发光二极管的熔丝的装置。

9.如权利要求6所述的光源，其特征在于还包括与每个有机发光二极管串联连接的熔丝，用于对短路作出响应而断开与有机发光二极管的电连接。

10.如权利要求3所述的光源，其特征在于还包括与每个有机发光二极管串联连接的熔丝，用于对短路作出响应而断开与有机发光二极管的电连接。

11.如权利要求4所述的光源，其特征在于还包括与每个有机发光二极管串联连接的熔丝，用于对短路作出响应而断开与有机发光二极管的电连接。

12.如权利要求5所述的光源，其特征在于还包括与每个有机发光二极管串联连接的熔丝，用于对短路作出响应而断开与有机发光二极管的电连接。

13.如权利要求2所述的光源，其特征在于：所述子组安排成以相反方向连接的各交错的有机发光二极管排，从而所述光源的光输出在空间上是均匀的。

14.如权利要求3所述的光源，其特征在于：所述子组安排成以相反方向连接的各交错的有机发光二极管排，从而所述光源的光输出在空间上是均匀的。

15.如权利要求4所述的光源，其特征在于：所述子组安排成以相反方向连接的各交错的有机发光二极管排，从而所述光源的光输出在空间上是均匀的。

16.如权利要求5所述的光源，其特征在于：所述子组安排成以相反方向连接的各交错的有机发光二极管排，从而所述光源的光输出在空间上是均匀的。

17.如权利要求2所述的光源，其特征在于还包括用于定期向一组中的有机发光二极管施加反向偏置以便帮助熔断有短路故障的任何有机发光二极管的熔丝的装置。

18.如权利要求3所述的光源，其特征在于还包括用于定期向一组中的有机发光二极管施加反向偏置以便帮助熔断有短路故障的任何有机发光二极管的熔丝的装置。

19.如权利要求4所述的光源，其特征在于还包括用于定期向一组中的有机发光二极管施加反向偏置以便帮助熔断有短路故障的任何有机发光二极管的熔丝的装置。

20.如权利要求5所述的光源，其特征在于还包括用于定期向一组中的有机发光二极管施加反向偏置以便帮助熔断有短路故障的任何有机发光二极管的熔丝的装置。

21.如权利要求6所述的光源，其特征在于：一组中的所述各有机发光二极管按交变方向连接。

22.如权利要求21所述的光源，其特征在于还包括与每个有机发光二极管串联连接的熔丝，用于对短路作出响应而断开与有机发光二极管的电连接。