有機電致發光光源的製作方法

2023-12-08 16:38:41 2

專利名稱：有機電致發光光源的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種封裝的有機電致發光光源，用於通過顏色轉換(color conversion)發射出白光。
背景技術：
眾所周知，電致發光光源(EL光源)由含有用於發射光的有機電致發光層(EL層)的多個薄層組成。由於有機層對周圍環境比如溼氣的反應特別敏感，所以例如，將EL光源進行機械封裝，並且將在層結構(layer structure)和封裝(encapsulation)之間的中間間隙用化學惰性物質進行填充。通常對底部發射器(經透明基底發光)和頂部發射器(經透明的封裝體發光)加以區別。在頂部發射器的情況下，基底還可以是不透光的。有機EL層可以在一個或多個光譜區中發射光。通過將由EL層發射出的光與由螢光材料發射出的光進行混合，可以用簡單的方式產生白光。作為例子，EL層的藍光被螢光材料部分吸收並且被用更長的波長重新發射，例如，用在黃色光譜區中或者在綠色和紅色光譜區內的波長重新發射(顏色轉換)。藍光和重新發射出的光進行混合後產生白光。
美國專利文獻US6717176描述了一種作為頂部發射器的有機電致發光光源，該頂部發射器具有顏色轉換層，該顏色轉換層作為一個薄層施加在封裝設備的內側。這樣的附加層導致生產的複雜度增大，從而因增加塗敷工序而增大成本。此外，顏色轉換層的特性，例如層的粘合性，在整個使用壽命期間都必須保持不變。

發明內容
本發明的目的是提供一種成本效率比高的作為頂部發射器的電致發光光源，用於通過光轉換發射出白光，同時避免現有技術中的不足之處。
上述目的是通過一種電致發光光源來實現的，該電致發光光源包括基底；施加在所述基底上的層結構，用於至少在遠離所述基底的那一側上發射出光，所述層結構包括至少一個電極作為陽極、至少一個電極作為陰極、和位於它們之間的至少一個有機電致發光層，其中所述電極在遠離所述基底的那一側至少是部分透明的；和至少部分透明的封裝設備，用於圍繞所述層結構形成一個封閉的容積(volume)，將該設備用相對於層結構來說基本上化學惰性的電介質流體(dielectric fluid)填充，所述流體含有用於吸收由層結構發射出的部分光且用於重新發射出不同波長的光的微粒，選擇所述微粒的密度以使在電介質流體中的微粒呈懸浮狀態。通過選擇密度與電介質流體的密度相一致的微粒，實現微粒在電介質流體中的均勻且暫時恆定的分布，因此不管EL光源的空間設置怎樣，例如水平、垂直或者被懸掛，吸收和重新發射的行為都保持不變。在製備EL光源之前，使微粒與電介質流體簡單地混合。要製備顏色轉換的微粒層不需要複雜的塗敷工序。
有利地，如果微粒在電介質流體中所佔的體積比例在5％～60％之間。這樣，有足夠量的用於所希望的顏色混合的光被微粒吸收並重新發射。
另外，有利地，微粒的直徑大於100納米，優選大於500納米，因為直徑越小，光的吸收和光的後向散射就變得越差。
有利地，微粒的折射率大於1.4。由於適當的電介質流體的折射率在1.25和1.35之間，所以光進入到微粒中相當於從光疏介質傳輸到光密材料中，而沒有因全反射而引起的耦合損失。
特別有利地，微粒由用於吸收和重新發射光的第一種材料和用於調整(set)它們的密度的第二種材料組成。因此，也可能使用其密度大大不同於電介質流體的密度的第一種吸收光並重新發射的材料。
甚至更有利地，用於吸收並重新發射光的第一種材料是具有高密度的材料，用於調整密度的第二種材料是具有低密度的用於吸收並重新發射光的材料。這樣，除調整合適的密度之外，第二種材料的體積還可以用於吸收並重新發射光。在這種情況下，第一種和第二種材料的發射光譜區不相同也是可能的。
包含無機材料作為第一種材料的微粒，尤其很適用於具有高光學輻照度(irradiance)的電致發光光源。
另一方面，包含有機材料作為第一種材料的微粒，尤其很適用於具有低光學輻照度的電致發光光源。
另外，有利地，微粒的第一種材料被微粒的第二種材料包圍。因而，調整微粒的表面從而調整微粒的散射行為是可能的。
為了產生白光，尤其是具有高顯色指數的白光，有利地，電介質流體至少含有用於發射在第一光譜區內的光的第一種微粒和用於發射在第二光譜區內的光的第二種微粒。
本發明還涉及一種製備電介質流體的方法，所述電介質流體含有用於吸收光和用於重新發射不同波長的光的微粒，選擇所述微粒的密度以使微粒在電介質流體中呈懸浮狀態，用於根據本發明的有機電致發光光源中，所述方法包括下列步驟-製備所述微粒(12)的第二種材料(1202)的溶液或熔體(melt)，優選塑料，-以適用於製備特定密度的微粒(12)的濃度將用於吸收並重新發射光的粉狀第一種材料(1201)添加到所述微粒(12)的第二種材料(1202)的溶液或熔體中，-通過噴嘴吹制所述溶液或熔體以形成由第一種材料(1201)和第二種材料(1202)結合而成的微粒(12)，-收集和儘可能地冷卻微粒(12)，-將由此形成的微粒(12)添加到電介質流體(11)中，-除去隨後在電介質流體中上升和/或沉積的密度太高/太低的微粒(12)，-通過在適當的容器中旋轉或攪拌，使得微粒(12)在電介質流體(11)中均勻分布。


參照附圖中所示的實施方式的例子進一步說明本發明，但是，本發明不限於此。
圖1示出根據本發明的頂部發射型電致發光光源。
圖2示出根據本發明的填充有含有微粒的電介質流體的封裝設備圖3示出在電致發光光源中光的示意性射線路徑。
圖4示出根據本發明的電致發光光源，其在電介質流體中包括第一種和第二種微粒。
圖5示出根據本發明的微粒的結構，其由一種以上材料構成。
具體實施例方式
圖1示出了作為所謂的頂部發射器的電致發光光源的側視圖，也就是說，光10是通過至少部分透明的封裝設備5發射出的。由於該發光方向，所以基底1也可以是不透明的。施加在基底1上的電致發光光源的層結構，含有一薄有機層包，該薄有機層包包括典型厚度約100納米(nm)的電致發光層2(例如摻雜三(8-羥基喹啉根合)鋁(tri-(8-hydroxyquinolinato)aluminum))，該電致發光層2設置在兩個電極3和4(例如在圖1中所示的陽極3和陰極4)之間。在頂部發射器的情況下，電極沿發射方向放置，在這種情況下，陰極4是至少部分透明的。一般，氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)用作透明導電材料。金屬層，例如鋁，厚度約100nm，作為導電材料用於陽極3，其通常是不透明的。但是，也可能設置成使光同時在頂部和底部方向發射。在這樣的設置中，陽極3和基底1都是由至少部分透明的材料組成的。在有機發光層2和陽極3之間，通常有另一個有機層作為空穴傳輸層，有代表性的是α-NPD(N，N』-二(萘-2-基)-N，N』-二苯基-聯苯胺(N，N′-di(naphthalen-2-y1)-N，N′-diphenyl-benzidine))，厚度約50納米。在陰極4和有機發光層2之間通常有一薄的電子注入層9，該電子注入層9由具有低功函(work function)的材料構成，例如鋰、銫或者鋇，其對於電子有效注入到發光層中是很重要的。層結構在原理上來說還可以以相反的次序施加於基底上。在電致發光光源的其它實施方式中，還可以向層結構中添加其它層，例如微腔層，用於提高光的出射。由於層結構對周圍環境的反應非常敏感，特別是溼氣，所以電致發光裝置還具有一封裝設備。封裝設備5，在頂部發射器的情況下是至少部分透明的，其通過粘合劑粘合(adhesive join)7連接到層結構上，使得在層結構和封裝設備5之間形成一封閉容積6。為了保護層結構，在容積6中用相對於層結構來說基本上沒有化學反應的電介質流體11填充，所述電介質流體包含呈懸浮狀態的根據本發明的微粒12，用於部分吸收由EL層發射的光而後以不同波長再重新發射出光。適當的電介質流體包括氟化的電介質流體，諸如，例如來自3M公司的FC-43，其密度為1.88g/cm3，折射率為1.29，或者Solvay Fomblin，其密度為1.89g/cm3～1.92g/cm3，折射率為1.30。其密度與所使用的電介質流體的密度相差小於5％的微粒在所述流體中呈懸浮狀態，因此允許含有微粒的電介質流體在空間上和時間上獨立的吸收行為。封裝設備5和層結構之間的通常距離在幾十微米到幾百微米的範圍內。此處所示的封裝設備5僅僅是一種可能的實施方式。在其它實施方式中，封裝設備還可以進行不同的設計。例如，為了減少溼氣/水的數量，還可以在容積6之內放置吸氣劑(getter)材料。導軌(conductor track)8和3是從容積6中引出來的，用於電氣致動位於所述封裝之內的層結構。
圖2示出了根據本發明的填充有電介質流體11的封裝設備5。在封裝設備被固定到層裝置上之前，封裝設備5呈水平狀態，其中所形成的封裝設備5的內側(封裝設備與層結構一起界定所形成的容積6的那一側)朝上，以便用電介質流體11填充。在這個位置，能夠毫不複雜地將其中含有微粒12的電介質流體11填充到封裝設備5中。在封裝設備被填充之前，將微粒12添加到電介質流體11中，並通過適當的混合操作，例如通過在容器中攪拌和/或旋轉流體，使微粒均勻地分布在電介質流體中。根據微粒材料的吸收能力和所希望的顏色轉換，微粒12在電介質流體中所佔的體積比例在5％和60％之間。為了由EL層發射的光通過填充有電介質流體11的容積6有同樣希望的光的傳輸，例如，可以選擇具有高吸收能力的微粒所佔的體積比例低於具有相對地較低吸收能力的微粒所佔的體積比例。有利地，微粒12的直徑大於100納米，甚至更有利地，大於500納米，因為否則，吸收和後向散射之比就變得太差。用電介質流體填充封裝設備5，例如，可以通過澆注或噴射完成。對於獨立於電致發光光源的所形成的空間布置的光轉換來說，容積6必須幾乎全部用電介質流體填充。一旦封裝設備5已經被填充，具有基底的層結構就將被膠粘到仍然在水平位置的封裝設備上，以便形成圖1中所示的電致發光光源。
在另一個實施方式中，封裝設備也可以具有一個可封閉的開口。在這種實施方式中，封裝設備在未填充狀態下被膠粘到層結構上，然後將含有微粒的電介質流體通過開口填充進去。一旦容積6被全部填充，就通過適當的裝置封閉開口，例如將矽或封條膠粘在開口上。
有利地，封裝設備或電致發光光源的填充在乾燥的氣體或者真空中進行。
在一種實施方式中，通過部分吸收由有機EL層發射的在藍色光譜區內的光，和重新發射出在黃色光譜區內的光，以及隨後將黃色光和藍色光進行混合，利用顏色轉換，可以產生白光。在容積6之內由於在EL層的表面上發射出來的從而大面積照亮容積6的未被吸收的藍光，和各向同性地(isotropically)重新發射的黃光的顏色混合而得到白光，如在圖3中基於各種可能的光線路徑所示意性顯示的。一部分光通過電介質流體11而沒有被微粒12吸收(箭頭101)。另一部分光(箭頭102)打在微粒12上然後或者被散射或者被吸收。這裡有利地，如果微粒的折射率大於電介質層的折射率，以使光耦合到微粒中，用於所希望的隨後的吸收，而沒有因在微粒表面上的全反射引起的耦合損失。緊接在通過所述這些微粒各向同性的重新發射之後，光呈現在原理上不同的三種傳播類型。一部分重新發射出的光被耦合出來並進入到封裝設備5的材料內，而不打在其它微粒12上(箭頭103)。一部分重新發射出的光在其它微粒12處在封裝設備的方向上散射(也可能多次散射)，然後耦合出電介質流體(箭頭104)。另一部分重新發射出的光在陰極4的方向上折返回來(箭頭105)。
圖4示出了一種特別有利的電致發光光源的實施方式，其包括含有用於重新發射出在第一光譜區內的光的第一種微粒121和用於重新發射出在第二光譜區內的光的第二種微粒122。例如，用在藍色光譜區內發射光的EL層，和在綠色和紅色光譜區內重新發射光的第一種微粒121和第二種微粒122，可以生成這樣的白光，該白光具有比在先前的包括僅在黃色光譜區內重新發射光的微粒的實施方式的例子中更高的顯色指數。就顯色指數來說，甚至更有利地的是，使用在綠色、橙色和紅色光譜區內發射光的兩種類型以上的微粒。就高顯色指數來說，還有利地是具有在不同光譜區內的光發射的有機EL層。
在一種特別有利的實施方式中，用於光吸收和重新發射的材料1201(其密度與電介質流體的密度相差大於5％)被結合到用於調整密度的第二種材料1202中，如圖5。一定要選擇第二種材料1202的體積和第一種材料1201的體積之比，以使微粒12的總密度與電介質流體的密度相一致。在第一種材料1201具有的密度低於電介質流體11的密度的情況下，第二種材料1202具有的密度必須相應地高於電介質流體11的密度。以相對應的方式，具有的密度高於電介質流體的密度的第一種材料必須結合到具有的密度相應地低於電介質流體的密度的第二種材料中。這樣，也可以使用其密度明顯不同於電介質流體的密度的材料1201。
吸收在350nm和500nm之間的光譜區內的藍光並用具有最大強度Imax的更長波長重新發射出光的有機和無機材料1201的例子連同它們的密度一起顯示在下表中。所顯示的全部材料在被吸收的光和被重新發射的光之間具有超過90％的效率。Lumogen在這種情況下都被溶解於PMMA載體材料中。

對於電介質流體，例如來自3M的、密度為1.88g/cm3的FC-43，密度＜1.88g/cm3的材料1202，例如密度為1.20g/cm3的PMMA(樹脂玻璃)，將必須添加到表1中的無機材料中，以便使所形成的微粒12的密度等於FC-43的密度。作為例子，根據本發明的用於將藍光部分地轉換成黃光的微粒12相應地將必須由20.2％的Y3Al5O12:Ce和79.8％的PMMA組成，或者用於將藍光部分地轉換成綠光和紅光的兩種類型的微粒121和122將必須由52.3％的CaS:Ce和47.7％的PMMA(微粒121)和27.2％的SrS:Eu和72.8％的PMMA(微粒122)組成。其它無機的第一種材料的密度在2～7g/cm3的範圍之內。相應地，微粒12的成分必須適合於第一種材料的密度。
以相應的方式，密度＞1.88g/cm3的第二種材料1202，例如密度為4.26g/cm3的TiO2必須以適當的體積比添加到有機Lumogen材料中，以便使所形成的微粒12的密度等於FC-43的密度。同樣還可以應用在具有相應地不同的密度的所有其它合適的有機材料中。
特別有利的是，使用具有適當密度的、還可以用作用於吸收和重新發射光的材料的第二種材料1202。結果，全部微粒的體積與吸收光的體積相等。作為例子，當用於將藍光部分地轉換成黃光的微粒12由20.2％的Y3Al5O12:Ce和79.8％的在PMMA中的Lumogen黃ED206組成時，可以形成密度為1.88g/cm3的微粒12。與前一個實施方式的例子不同，在這種情況下，全部體積由用於部分地轉換光的材料組成。
儘管不能給出用於吸收和重新發射光、其密度與合適的電介質流體的密度一致而不用添加第二種材料的單獨材料的具體例子，但是不過本發明還可以擴展到包含這些微粒的實施方式。
通過將用於吸收和重新發射光的呈粉末形式的第一種材料1201添加到作為第二種材料1202而提供的、用適當的溶劑溶解的塑料(例如PMMA)中，和通過使該溶液均勻化，可以製備由第一種材料1201和第二材料1202構成的微粒。所用溶劑可以是例如苯甲醚(anisole)、氯苯(chlorobenzene)、二氯甲烷(methylene chloride)、或者乙酸(acetic acid)。通過噴嘴吹制該溶液，以使溶劑從以小滴形式形成的微粒中蒸發出來，並收集留下的微粒12。得到的結果是被第二種材料1202(例如PMMA)覆蓋的第一種材料1201。第一種材料1201和第二材料1202之間的體積比可以通過塑料溶液的濃度和粉末狀材料的數量加以調整，也可以通過由粉末狀微粒的大小來調整。所形成的微粒12的大小由噴嘴和吹制工序來決定。作為塑料材料的溶液的備選方案，第一種材料1201的粉末也可以添加到塑料的熔體中。將熔體均勻化然後通過噴嘴吹制，其中再一次微粒以小滴形式形成，然後收集並儘可能地冷卻它。得到的結果同樣是用塑料例如PMMA覆蓋的第一種材料1201有機和無機材料在它們的吸收能力方面不同。一般，與無機材料相比而言，有機材料具有較高的吸收常數。因此，無機材料優選用於具有高輻照度的電致發光光源，而有機材料則優選用於具有低輻照度的電致發光光源。
根據微粒12的結構，例如無機微晶的表面，如果用於調整密度的第二種材料完全包圍第一種材料是有利的。這樣，微粒12的散射特性可以加以調整，與用於吸收光的第一種材料1201的吸收特性無關。此外，微粒的折射率可以由第二種材料均勻地設置。
以上參照附圖和說明書描述的實施方式只是發光器件的例子而已，不能確定為是將該專利的權利要求限定為這些例子。同樣，對於本領域的技術人員來說，同樣被本專利的權利要求的保護範圍所覆蓋的可替換的實施方式也是可能的。從屬權利要求的編號並不意味著暗示這些權利要求的其它組合方式並不代表是本發明的有利的實施方式。
權利要求
1.一種電致發光光源，包括基底(1)，施加在所述基底(1)上的層結構，用於至少在遠離所述基底的那一側上發射出光(10)，所述層結構包括至少一個電極作為陽極(3)，至少一個電極作為陰極(4)和位於它們之間的至少一個有機電致發光層，其中所述電極(4)在遠離所述基底的那一側是至少部分透明的，和至少部分透明的封裝設備(5)，用於圍繞所述層結構形成一個封閉的容積(6)，將該器件用相對於所述層結構來說基本上化學惰性的電介質流體(11)填充，所述流體含有用於吸收由層結構發射出的部分光且用於重新發射出不同波長的光的微粒(12)，選擇所述微粒的密度以使微粒(12)在電介質流體(11)中呈懸浮狀態。
2.如權利要求1中所述的電致發光光源，其特徵在於，所述微粒(12)在所述電介質流體中所佔的體積比例在5％和60％之間。
3.如權利要求1或2中所述的電致發光光源，其特徵在於，所述微粒(12)的直徑大於100納米，優選大於500納米。
4.如上述權利要求的任意一項中所述的電致發光光源，其特徵在於，所述微粒(12)的折射率大於1.4。
5.如上述權利要求的任意一項中所述的電致發光光源，其特徵在於，所述微粒(12)由用於吸收並重新發射光的第一種材料(1201)和用於調整微粒(12)的密度的第二種材料(1202)構成。
6.如在權利要求5中所述的電致發光光源，其特徵在於，所述用於吸收並重新發射光的第一種材料(1201)是具有高密度的材料，所述用於調整密度的第二種材料(1202)是具有低密度的用於吸收並重新發射光的材料。
7.如權利要求5或6任意一項中所述的電致發光光源，其特徵在於，所述微粒(12)的第一種材料(1201)是無機材料。
8.如權利要求5或6任意一項中所述的電致發光光源，其特徵在於，所述微粒(12)的第一種材料(1201)是有機材料。
9.如權利要求5至8的任意一項中所述的電致發光光源，其特徵在於，所述微粒(12)的第一種材料(1201)被所述微粒(12)的第二種材料(1202)包圍。
10.如上述權利要求的任意一項中所述的電致發光光源，其特徵在於，所述電介質流體(11)至少包含用於發射在第一光譜區內的光的第一種微粒(121)和用於發射在第二光譜區內的光的第二種微粒(122)。
11.一種製備電介質流體的方法，所述電介質流體含有用於吸收光和用於重新發射不同波長的光的微粒，選擇所述微粒的密度以使微粒在電介質流體中呈懸浮狀態，所述微粒用於如權利要求5中所述的有機電致發光光源中，所述方法包括下列步驟製備所述微粒(12)的第二種材料(1202)的溶液或熔體，優選塑料，將用於吸收並重新發射光的粉狀第一種材料(1201)以適用於製備特定密度的微粒(12)的濃度添加到所述微粒(12)的第二種材料(1202)的溶液或熔體中，通過噴嘴吹制所述溶液或熔體以形成由第一種材料(1201)和第二種材料(1202)結合而成的微粒(12)，收集並儘可能冷卻所述微粒(12)，將因此形成的所述微粒(12)添加到所述電介質流體(11)中，除去隨後在電介質流體中上升和/或沉積的密度太低/太高的微粒(12)，通過在適當的容器中旋轉或攪拌，使得微粒(12)在電介質流體(11)中均勻分布。
全文摘要
一種電致發光光源，包括基底(1)；和施加在所述基底(1)上的層結構，用於至少在遠離所述基底的那一側上發射出光(10)，所述層結構包括至少一個電極作為陽極(3)，至少一個電極作為陰極(4)和位於它們之間的至少一個有機電致發光層(2)，其中所述電極(4)至少在遠離所述基底的那一側上是部分透明的；和至少部分透明的封裝設備(5)，用於圍繞所述層結構形成一個封閉的容積(6)，將該設備用相對於所述層結構來說基本上化學惰性的電介質流體(11)填充，所述流體含有用於吸收由層結構發射出的部分光且用於重新發射不同波長的光的微粒(12)，選擇所述微粒的密度以使微粒(12)在電介質流體(11)中呈懸浮狀態。
文檔編號H01L51/50GK101073165SQ200580041864
公開日2007年11月14日 申請日期2005年11月28日 優先權日2004年12月6日
發明者H·F·博爾納 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司