TWI511324B - 發光裝置及其製造方法 - Google Patents

Description

發光裝置及其製造方法

本發明涉及一種具有發光層或發光元件的發光裝置。此外，本發明亦涉及此種發光裝置的製造方法。

本專利申請案主張德國專利申請案10 2007 059 732.2之優先權，其已揭示的整個內容在此一併作為參考。

發光裝置(例如，有機發光二極體(OLED))通常具有一種藍伯(Lambertic)發射輪廓(profile)。然而，就照明目的而言，大部份情況下一種與此不同的發射輪廓是較適當的。

本發明的目的是提供一種發光裝置，其發射輪廓不同於藍伯輻射器者。

上述目的藉由申請專利範圍獨立項特徵所述的發光裝置來達成。本發明有利的佈置和其它形式描述在申請專利範圍各附屬項中。

依據本發明的第一態樣，發光裝置包括一發光層和一光出射層。光出射層具有多個互相平行的第一面，其傾斜於發光層而配置著。此外，光出射層具有多個互相平行的第二面，其傾斜於發光層及第一面而配置著。第一面可透過該發光層所發出的光，但第二面對該光具有反射性。

在最近似的情況下，平面式的光出射層具有藍伯發射輪廓，其主發射方向垂直於光出射面。依據本發明，只有第一面是光出射面，使發射輪廓具有主發射方向，其不垂直於光出射層且因此不垂直於此平面(此平面中該發光裝置平坦地形成著)。就此平面而言，該發射輪廓不同於藍伯輻射器者。

在一有利的佈置中，該發光裝置的發光層具有一種有機材料。以有機材料為主之發光層可以大面積方式來製成且因此特別適用於以平面輻射器來形成的發光裝置。

在發光裝置之另一有利的佈置中，第一面和第二面在每一方向中都具有一範圍，其大於該發光層所發出的光之波長。然而，此範圍較佳是小於1mm且特別是小於100μm。

在發光裝置之另一有利的佈置中，該光出射層之偏離該發光層的表面是藉由平行配置的棱鏡而被結構化，其中第一面和第二面是由棱鏡的面來形成。另一方式是，亦可藉由錐形-或棱柱體-或透鏡-或圓柱體形式的元件而將該光出射層之偏離該發光層的表面予以結構化，其中類似地藉由各元件的面來形成第一面和第二面。

發光裝置之光出射層可有利地藉由基板或鈍化層來形成。

本發明之第二態樣的發光裝置包括一載體和多個發光元件。於此，該載體具有多個互相平行的第一面和多個互相平行的第二面，其傾斜於第一面而配置著。各發 光元件配置在第一面上。依據本發明，只有第一面是發光面。這些面傾斜於此平面(此平面中該發光裝置平坦地形成著)。於是，該發射輪廓具有一主發射方向，其未垂直於此平面(此平面中該發光裝置平坦地形成著)。就此平面而言，該發射輪廓就像本發明第一態樣之發光裝置一樣是與藍伯輻射器不一樣。

發光元件較佳是具有一種有機發光二極體(OLED)。此外，該發光裝置之載體較佳是藉由平行配置的棱鏡而被結構化，其中第一面和第二面是由棱鏡面來形成。

本發明第三態樣的發光裝置包括一基板和一施加在該基板之表面上的層序列，此層序列具有至少一發光層，其中該基板的表面在橫向中周期地在高度上被結構化。在本發明的此種發光裝置中，高度已結構化的基板除了具有作為該發光的層序列用的基板的功能以外，另具有上述載體的功能。此發光裝置因此具有一發光面，其就像基板的表面一樣在高度上被結構化。因此，須進行該表面之高度上的結構化，使表面的區域傾斜於該發光裝置之平面範圍的平面。本發明此種態樣的發光裝置亦可得到第二態樣的優點。

在一有利的佈置中，該發光層具有一種有機材料。

在該發光裝置之另一有利的佈置中，高度上的結構化在一種橫向中線性地上升或下降，且基板的表面具有一種基本上是平坦的面。

在該發光裝置之另一有利的佈置中，高度上的結構化在一種橫向中非線性地上升及/或下降，且基板的表面 具有一種彎曲的面。此種發光裝置之發射輪廓可在廣泛的極限中調整。

該基板較佳是以濺鍍澆注法而由塑料來製成或由金屬構成，基板藉由一種沖製法而被結構化。

本發明之第四態樣的發光裝置包括一發光層，其具有在橫向中交替地配置的條形之第一區和第二區，其中第一區和第二區具有不同的折射率。此種發光裝置中，折射效應會造成一種與藍伯輻射器不同的發射輪廓。

因此，第一區和第二區之尺寸在橫向中較佳是具有由該發光層所發出的光之波長的數量級。該尺寸特別佳時是小於該波長的5倍。

在一有利的佈置中，該發光層具有一種有機材料。

在本發明第五態樣之具有發光層之發光裝置的製造方法中，發光層的各區以紫外光來照射以使各區中的折射率改變。此種製造方法可製造本發明第四態樣之發光裝置，其適合用來製造大面積的裝置且特別是可良好地整合至平面式OLED用的習知的製造方法中。

本發明第六態樣之發光裝置，包括一發光層和一光出射層，其中在光出射層中或其上配置多個異向性的散射微粒，其沿著該發光裝置之橫向而對準。散射微粒之此種對準可在與異向性相關下使光由發光裝置發出時造成一種異向性的散射。這樣可使此發光裝置發出一種與藍伯發射輪廓不同的發射輪廓，其中此發射輪廓是與散射微粒之散射特性以及異向性的程度有關。

該發光層較佳是具有一種有機材料。此外，各散射 微粒較佳是針對其尺寸而形成異向性及/或針對其散射性而形成異向性。

又，各散射微粒(16)較佳是具有一種與零不同之永久性的-或可感應的電性-或磁性雙極矩或四極矩(moment)，或各散射微粒是自我配置的分子或配置在一可拉伸的薄膜中。

在本發明第七態樣之具有發光層之發光裝置的製造方法中，在光出射層中施加散射微粒，其具有一種與零不同之永久性的-或可感應的電性-或磁性雙極矩或四極矩且藉由所施加的電場或磁場而對準。此製造方法可用來製造本發明第四態樣之發光裝置。

本發明以下將依據7個圖面中所示的實施例來詳細說明。

第1圖是發光裝置之第一實施例之三維空間的圖解。

發光層1配置在一有機發光二極體(OLED)-層構造2之內部中。此OLED-層構造2位於平面基板3之第一側上。一種光出射層4設置在基板3之與OLED-層構造2相面對的此側上。在遠離該基板3之此側上，該光出射層4具有：多個第一面5，其對該基板3傾斜成一種角度α；以及多個第二面6，其對該基板3傾斜成一種角度β。

第1圖之發光裝置構成一種”底部發射式”OLED，基板3在本實施例中是透明的，使發光層1所發出的光可 經由基板3而到達光出射層4。另一方式是，亦可形成一種“頂部發射式”OLED，其中該OLED-層構造2施加在非透明的基板上。在該OLED-層構造之遠離該非透明的基板之此側上設置一種透明的鈍化層以取代第1圖中所示的透明的基板3。本發明中所述的發光裝置之全部的實施例可藉由以”底部發射式”或”頂部發射式”OLED為主來作修改而構成。

OLED-層構造2除了發光層1之外另包括至少一第一電極和一第二電極或多個層，其用來將電荷載體注入至該發光層1中且在操作時可激發該發光層1來發光。各電極層例如可由導電材料來形成，這些導電材料例如可以是銦錫-氧化物(ITO)或銦鋅-氧化物，鋅-氧化物或錫-氧化物。

發光層1具有一種有機材料以作為產生輻射用的光學活性材料，其例如可以是一種分子量小的有機材料、聚合物或此二種材料的組合。

分子量小的有機材料典型上是在真空條件下藉由熱蒸發施加而成。例如，產生輻射用的分子量小的有機材料可以是參(8-羥基喹啉基)鋁(Alq)、1,3-雙(N,N-二甲基胺基苯基)-1,3,4-噁二唑(OXD-8)、側氧基雙(2-甲基-8-羥喹啉基)鋁、雙(2-甲基-8-羥基喹啉基)鋁、雙(羥苯并喹啉基)鈹(BeQ.sub.2)、雙(二苯基乙烯基)聯苯(DPVBI)、及經芳胺取代之二苯乙烯基芳烴(DSA-Amin)。

聚合物通常藉由一種離心分離法(亦稱為旋轉鑄造法或旋塗法)塗佈而成。另一方式是，亦可進行一種空間 選擇式析出法，例如，噴墨壓印法。產生輻射用的聚合物例如可以是聚合物為聚(對苯乙烯)及聚芳乙烯及芳基-乙烯基-寡聚物之共聚物、聚芳烴、聚喹啉及其衍生物與混合物。

光出射層4具有一施加在基板3上的層，其具有多個互相平行配置的棱鏡，其中第一面5和第二面6形成該發光裝置之遠離OLED-層序列2之表面。為了清楚之故，第1圖中只分別顯示多個第一面5和第二面6之二個面。

第一面5和第二面6都不是平行於該發光層1而配置著。因此，這些面不平行於此平面(此平面中該發光裝置平坦地配置著)。在所示的全部的實施例中，此平面(其中該發光裝置平坦地配置著)定義成XY-平面。

棱鏡在Y-方向之範圍(長度)因此較佳是在巨觀(macroscopic)之數量級中，即，例如在毫米至厘米之範圍中。

該發光裝置之整個表面較佳是由Y-方向中連續的棱鏡所覆蓋著。棱鏡在X-方向中的寬度較佳是大於所發出的光之波長，以便使棱鏡上的折射效果不顯著。然而，此寬度較佳是在微觀的數量級中，例如，在次毫米(submillimeter)之範圍中，以便在該發光裝置之正常的觀看距離時不能看出X-方向中的結構。

光出射層4之第一面5是透明的。反之，第二面6可使該發光層1所發出的光反射。第二面6例如可藉由蒸鍍多個金屬微粒而在一種很平坦的入射角度下具有反 射性。

在最近似的情況下，在一種具有平行於發光層而成平面配置的光出射層之OLED中，會形成一藍伯式發射輪廓，其主發射方向垂直於光出射面。在所示的實施例中，只有第一面是光出射面，這樣可使發射輪廓具有主發射方向，其相對於Z-軸而傾斜至X-軸的方向中。發光裝置之主發射方向之傾斜角因此基本上是由角度α來決定。由發光層1所發出的光由第二面6所反射，此光在經由一次或多次之內部反射之後同樣經由透明的第一面5而由發光裝置發出。角度β影響了所發出的光之角度分佈以及內部反射之頻繁度。藉由適當地選取該角度β，則該發光裝置之總強度及效率可最佳化。

在所示的實施例中，該各別的光出射層4已結構化。光出射層4在此種情況下可以是一已結構化的薄膜，其施加在基板3上。亦可省略該各別的光出射層4，此時該基板3本身之表面須被結構化。

已顯示的平行的棱鏡形式的結構化中各棱鏡分別具有平坦的第一面5和第二面6，除了此種結構以外，一種具有不平坦面(例如，圓柱面)之結構亦是可能的。藉由棱柱體-、錐體-或透鏡形式的元件或平面區段來進行結構化亦是可能的。

第2圖顯示本發明之發光裝置之不同的發射輪廓(即，所發出的強度之與角度有關的分佈)。

第2a圖首先顯示一種作為基準的座標系統。發光裝置在其橫向的平面範圍中形成該座標系統之XY-平面。 習知的OLED-結構具有一種平行於發光層而配置的平坦的光出射面，此種習知的OLED-結構在Z-軸方向中顯示一種藍伯式發射輪廓。然而，就照明的目的而言，通常期望有與此種發射輪廓不同的發射輪廓。適當的發射輪廓顯示在第2b至2d圖中。

第2b和2c圖中所顯示的形式A-1和A-2之發射輪廓之特徵是一種對稱的心形之發射方向的分佈，其在X-方向和Y-方向(形式A-1)中-或在二個方向之一方向(形式A-2)中具有二個最大值。這些發射圖樣適用於空間中一般的照明目的。

第2d圖中所示的輪廓(稱為形式B)在方向X和Y之至少一方向中很不對稱且特別適用於發出信號時的各種應用中，例如，可用在已變暗的環境中的各種步階的辨認或用來實現無光圈之平面式的壁面發光。

藉由第1圖所示的發光裝置，則可實現一種形式B之發射圖樣。

第3圖中顯示發光裝置的另一實施例的透視圖(第3a圖)和俯視圖(第3b圖)。

載體7之表面被結構化成多個平行配置的棱鏡(其具有第一面5和第二面6)之形式。發光裝置及載體7之橫向的平面範圍位於XY-平面中。相對於此XY-平面而言，第一面5傾斜α角度且第二面6傾斜β角度。在第一面5上配置多個發光元件8。

載體7之表面被結構化成可與第1圖所示的實施例中的光出射面4者相類似。載體7例如可由塑料製成， 其中此載體7之表面的結構化較佳是藉由濺鍍澆注法或深沖法來達成。此外，亦可由金屬薄膜或金屬片來製成該載體7，其藉由沖製方法而被結構化。

發光元件8是具有功能的元件而與載體7無關。各發光元件8例如可分別包括一基板和一具有至少一發光層的OLED-層構造。就OLED-層構造和發光層之構造和材料而言，可參考與第1圖之實施例有關的說明。

類似於第1圖之實施例，第3圖之實施形式中亦設定一種發射特性，其主發射方向基本上對Z-方向傾斜α角。該發射圖樣同樣是形式B。

發光裝置之另一實施例顯示在第4圖之透視圖(第4a圖)及俯視圖(第4b圖)中。就像第3圖之實施例一樣設有一載體7，其表面被結構化成平行的棱鏡的形式。與第3圖之實施例之不同處在於，不只第一面5設有發光元件8，而且第二面6亦設有發光元件9。

在第4圖之實施例中，載體7之表面被結構化成棱鏡的形式，該棱鏡具有等腰三角形之橫切面。所示的配置造成一種A-2形式的對稱之發射特性，其具有二個主發射方向，其由Z-軸而在正-和負X-方向中傾斜一種角度α=β。在Y-方向中在該發光裝置有足夠大的範圍時會造成一種最近似藍伯式發射特性的發射輪廓。若角度α和β選擇成不相等，則該二個主發射方向會與Z-方向傾斜成不同的角度。同時，主發射方向中發出的強度由於發光元件8和發光元件9之不同大小的面積而亦會不同。

另一發光裝置之橫切面顯示在第5a圖中。

基板3之表面藉由平行配置的棱鏡而被結構化，此基板3上施加一種OLED-層構造2。各圖中相同的元件符號表示相同-或作用相同的元件。

與第3或4圖所示的實施例不同之處在於，第5a圖之實施例中該基板3亦可具有載體7之功能。於是，不是使用多個相分離之具有基板的發光元件，而是該OLED-層構造2可直接施加在已結構化的基板上。就OLED-層構造和其中所含有的發光層之構造和材料而言，亦可參考與第1圖之實施例有關的實施形式。

在所示的實施例中，角度α和β選擇成不同大小。形成一種A-2形式之分佈，其在二個主發射方向中具有不同的強度。基板3例如可由塑料製成，以便藉由濺鍍澆注法或深沖法而被結構化。若該發光裝置以”底部發射式”OLED的形式來構成，其中輻射經由基板3發出，則為了達成一種相對應的發射特性，亦須相對應地將該基板3之與OLED-層構造2相面對的表面予以結構化。這在第5a圖中以虛線來表示。反之，若該發光裝置以”頂部發射式”OLED的形式來構成，則基板之與OLED相面對的此側可具有任意的造型(例如，平面)。在”頂部發射式”OLED中，基板3亦可以是非透明者且例如由金屬薄膜或金屬片來形成，其中沖製著相對應的表面結構。

第5b和5c圖中顯示該發光裝置之其它形式的表面結構，其可用在第5a圖所示的實施例中。

特別是須確定：基板3的表面未必是由不同的平面所組成，而是亦可具有以曲線為邊界的面。藉由所選取 的表面的造型，則X-方向中的發射特性可在廣泛的極限中變化。例如，第5b圖所示的幾何形式可造成一種A-2形式的強度分佈。此分佈因此對稱於Z-軸且可依據用來形成該表面之圓柱區段之曲率半徑和深度來達成，以形成二個互相隔開的主發射方向，其在正-或負X-方向中與Z-軸成傾斜狀，或亦可在Z-軸方向中形成主發射方向，然而，其中該發射輪廓是針對藍伯式發射輪廓而以木棒形式來對準。藉由像第5c圖所示的表面幾何形式，則可達成B形式的發射特性。

第6a圖中顯示另一發光裝置的橫切面。

基板3上配置一種OLED-層構造2，其具有面向基板3之第一電極12、發光層13以及第二電極13。發光層1具有交替地朝向圖面內部而延伸之條形的第一區10和第二區11。OLED-層構造2可包括其它未顯示的層。又，就構造和材料而言，可參考第1圖之實施形式。

在第6a圖之實施例中，發光裝置之發射特性的變化不像先前的實施例那樣藉由光出射面之對準來達成，而是藉由光在發光層1內部中的折射來達成。為了此一目的，發光層1須藉由不同的條形形式之第一區10和第二區11而被結構化，其中此二區10或11之折射率不同。由於本實施例中相對於先前的例子而言光的折射效應是重要的，則第一區10和第二區11在X-方向(條形之寬度)中的尺寸具有由該發光層1所發出的光之波長的數量級。所造成的折射現象可與一種柵格上的折射相比擬。一種空腔是由該發光裝置之內部-及/或外部界面所形 成，此空腔內部中形成一種強度圖樣，其相對於具有均勻的發光層1之裝置而言所具有的平行於X-軸之強度成份較大。相對應地，該發光裝置之發射輪廓由一種藍伯輻射器改變成A-2形式的輻射器之發射輪廓。

第6b圖中顯示該發光層1之結構化在製造過程中如何進行。在發光層1被結構化時的時間點處，包括該基板3、第一電極12和發光層1之發光裝置被一種經由光罩14的紫外光15所照射。在紫外光15入射至該發光層1之位置處，該發光層之結構在分子面上改變，這例如藉由發光層1中有機聚合物之聚合度之改變來達成。隨著分子結構的改變，則折射率亦改變。

第7圖顯示另一發光裝置的俯視圖。本實施形式中，在光出射層4中或其上配置著散射微粒16，該發光裝置之光由光出射層4發出。

散射微粒是透明-或不透明的微粒，其大小的數量級是在數μm至數十μm之範圍中。各微粒可配置在光出射層4之內部中或亦可完全地或一部份由該層中突出。光出射層4可以是一種平行於基板和OLED-層構造之平面層。該光出射層4亦可藉由一種基板或OLED-層堆疊用之鈍化層來形成。

各散射微粒16之特徵是一種永久性的-或可感應的電性-或磁性的與零不同的雙極矩或四極矩，藉此可定義該散射微粒之主軸。藉由一種在製造過程中所施加的已對準之電場(E)及/或磁場(B)(其在第7圖中由向量箭頭來表示)，則散射微粒16可針對其主軸而沿著一預設的 方向(此處是X-軸)來對準。例如，可在聚合物層中施加該散射微粒且在該層硬化之前予以適當地對準。以此方式所凍結的對準方向因此亦保持著而不會形成對準的電場及/或磁場。

此外，各散射微粒16之特徵是其幾何形式中-及/或折射率中的異向性，因此可相對於其主軸之定向來觀看由該發光層所發出的光之異向性的散射特性。已對準的散射微粒16之幾何形式中-及/或折射率中的異向性在光由發光裝置發出時決定了該光之異向性的散射。依據此異向性之散射特性和程度，此散射將造成該發光裝置之與藍伯式發射輪廓不同的發射輪廓，此發射輪廓是形式A-1，A-2或B。

散射微粒不具有與零不同之雙極矩或四極矩時，此種散射微粒亦可被對準。例如，可使用自我配置的分子(self assembling molecules)作為散射微粒16，其在製程期間可在適當的條件下自我對準。此外，可將散射微粒16(特別是具有幾何異向性者)埋置於一種可拉伸的薄膜中且藉由薄膜的拉伸而沿著一種方向來對準。

本發明當然不限於依據各實施例中所作的描述。反之，本發明包含每一新的特徵和各特徵的每一種組合，特別是包含各申請專利範圍-或不同實施例之各別特徵之每一種組合，當相關的特徵或相關的組合本身未明顯地顯示在各申請專利範圍中或各實施例中時亦屬本發明。

1‧‧‧發光層

2‧‧‧OLED-層構造

3‧‧‧基板

4‧‧‧光出射層

5‧‧‧第一面

6‧‧‧第二面

7‧‧‧載體

8，9‧‧‧發光元件

10‧‧‧第一區

11‧‧‧第二區

12‧‧‧第一電極

13‧‧‧第二電極

14‧‧‧光罩

15‧‧‧紫外光

16‧‧‧散射微粒

第1圖 發光裝置之三維空間的圖解。

第2圖 發光裝置之不同的發射輪廓。

第3，4圖 其它發光裝置的三維空間的圖解和俯視圖。

第5圖 其它發光裝置之橫切面。

第6圖 其它發光裝置在製造過程中在二個不同的時間點時的橫切面。

第7圖 另一發光裝置之俯視圖。

1‧‧‧發光層

2‧‧‧OLED-層構造

3‧‧‧基板

4‧‧‧光出射層

5‧‧‧第一面

6‧‧‧第二面

Claims (14)

1. 一種發光裝置，包括：-載體(7)，以及-多個發光元件(8)，其中此載體(7)具有-多個互相平行的第一面(5)，以及-多個互相平行的第二面(6)，其配置成傾斜於第一面(5)，其中各發光元件(8)配置在第一面(5)上。
2. 如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中各發光元件(8)具有一種OLED。
3. 如申請專利範圍第1或2項之發光裝置，其中載體(7)藉由平行配置的棱鏡而被結構化，其中第一面(5)和第二面(6)是由棱鏡的面來形成。
4. 一種發光裝置，包括一發光層(1)，其具有在橫向中交替地配置的條形形式之第一區(10)和第二區(11)，其中第一區(10)和第二區(11)具有不同的折射率。
5. 如申請專利範圍第4項之發光裝置，其中第一區(10)和第二區(11)之尺寸在橫向中具有由該發光層(1)所發出的光之波長之數量級且較佳是小於該波長的5倍。
6. 如申請專利範圍第4或5項之發光裝置，其中該發光層(1)具有一種有機材料。
7. 一種具有發光層之發光裝置之製造方法，其特徵在於，以紫外光來照射該發光層(1)之多個區域，使該些區域中的折射率改變。
8. 一種發光裝置，包括：-發光層(1)，以及-光出射層(4)，其中在此光出射層(4)中或其上配置多個異向性的散射微粒(16)，其沿著該發光裝置之橫向而對準。
9. 如申請專利範圍第8項之發光裝置，其中該發光層(1)具有一種有機材料。
10. 如申請專利範圍第8或9項之發光裝置，其中散射微粒(16)之幾何尺寸及/或折射率是異向性者。
11. 如申請專利範圍第8或9項之發光裝置，其中散射微粒(16)具有一種與零不同之永久性的-或可感應的電性-或磁性雙極矩或四極矩。
12. 如申請專利範圍第8或9項之發光裝置，其中散射微粒(16)是自我配置的分子。
13. 如申請專利範圍第8或9項之發光裝置，其中散射微粒(16)配置在一種可拉伸的薄膜中。
14. 一種發光裝置之製造方法，其中在光出射層(4)中施加散射微粒(16)，其具有一種與零不同之永久性的-或可感應的電性-或磁性雙極矩或四極矩，且散射微粒(16)藉由已施加的電場或磁場來對準。