專利名稱：有機照明光源和控制照明的方法
有機照明光源和控制照明的方法 關于聯(lián)邦政府資助研究和開發(fā)的聲明
本發(fā)明依據(jù)NIST所授予的合同號70NANB3H3030在政府資助下進行。 政府享有本發(fā)明中的一定權利。
背景技術：
本發(fā)明總體上涉及有機照明光源。本發(fā)明具體涉及具有可控照明的有機 照明光源。
對于各種照明應用而言，期望獲得具有可控照明的照明光源。在這種情 況下，有機發(fā)光器件(OLED)可作為傳統(tǒng)照明光源的有效替代物。
目前提供特定顏色OLED照明光源的方法包括使用具有多個彩色發(fā)射 板的疊層OLED或具有彩色照明(如發(fā)射紅光、藍光和綠光的OLED)陣列的 平板顯示器。這些方法可能不足以提供所要求的光強和達到預期照明效果 所要求的混色。
因而，非常期望提供這樣的面照明光源，其中該照明光源可調以提供所 需的強度、色度和顯色指數(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明一種實施方案中，提供包括三維結構體的照明光源，該三維結 構體具有包括至少一個OLED板的至少一個內(nèi)表面，所述至少一個內(nèi)表面 限定并封閉所述至少一個OLED板所產(chǎn)生的光的輸出端口，并且具有大于 端口面積的表面積。
在本發(fā)明另一實施方案中，提供包括三維曲面結構體的照明光源，該三 維曲面結構體具有包括多個OLED板的至少一個內(nèi)曲面，所述至少一個內(nèi) 曲面限定并封閉所述多個OLED板所產(chǎn)生的光的輸出端口，并且具有大于 端口面積的表面積。
在本發(fā)明再一實施方案中，提供包括至少一個OLED板的照明光源的 光輸出顏色和/或強度的調節(jié)方法，所述方法包括提供包括三維結構體的照明光源，該三維結構體具有包括所述至少一個OLED板的至少一個內(nèi)表 面，所述至少一個表面限定并封閉所述至少一個OLED板所產(chǎn)生的光的車lr 出端口，并且具有大于端口面積的表面積；向所述至少一個OLED板提供 電力，從而調節(jié)所述照明光源的光輸出顏色和/或強度。
當參考附圖閱讀以下詳細說明時，將更好地理解本發(fā)明的這些和其他特 征、方面和優(yōu)勢，其中相同的標記始終表示相同的部分，其中 圖l是本發(fā)明一種實施方案中的照明光源的示意圖。 圖2是本發(fā)明一種實施方案中的照明光源的截面示意圖。 圖3是本發(fā)明一種實施方案中的照明光源的底視圖。 圖4是本發(fā)明一種實施方案中的照明光源的底視圖。 圖5是本發(fā)明一種實施方案中包括光控板的照明光源的截面示意圖。 圖6是本發(fā)明一種實施方案中包括阻擋板的照明光源的截面示意圖。 圖7是本發(fā)明一種實施方案中包括發(fā)光板的照明光源的截面示意圖。 圖8是本發(fā)明一種實施方案中包括圖案生成板(pattem-creating panel)的 照明光源的示意圖。
圖9是本發(fā)明一種實施方案中的OLED板的示意圖。 圖IO是本發(fā)明一種實施方案中的OLED板的示意圖。 圖11是本發(fā)明一種實施方案中的照明光源的示意圖。 圖12是本發(fā)明一種實施方案中的照明光源的示意圖。 圖13是本發(fā)明一種實施方案中的照明光源的示意圖。 圖14是本發(fā)明一種實施方案中的照明光源的示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施方案涉及有機照明光源和控制照明的方法。如本文所用， 術語"有機照明光源，，是指有機發(fā)光器件(OLED)照明光源。如本文所用， 術語"OLED"是指通常包括有機發(fā)光材料的器件，包括但不限于有機發(fā)光 二極管。如本文所用，術語"OLED元件"是指本發(fā)明的面照明光源的基本 發(fā)光單元，其包括至少兩個電極以及設置在兩個電極之間的有機發(fā)光材料。 如本文所用，術語"OLED板"是指包括至少一個OLED元件的發(fā)光單元。如本文所用，術語"控制照明"是指照明光源的強度、色度和/或顯色 指數(shù)(CRI)的控制。
如本領域技術人員所理解的，OLED元件通常包括夾在兩電極之間的至 少一個有機層，通常為電致發(fā)光層。在向OLED施加合適的電壓時，所注 入的正電荷和負電荷在電致發(fā)光層中復合而產(chǎn)生光。OLED元件可包括附加 層，例如空穴傳輸層、空穴注入層、電子傳輸層、電子注入層、光吸收層、 陰極層、陽極層或它們的任意組合。本發(fā)明的OLED元件可包括其他層， 例如但不限于基底層、耐磨層、粘結層、耐化學腐蝕層、阻擋層、平化層、 光漫散層及其組合中的一層或多層。
在一種實施方案中，本發(fā)明涉及包括三維結構體的照明光源。該結構體 具有包括至少一個OLED板的至少一個內(nèi)表面。該內(nèi)表面限定并封閉所述 至少一個OLED板所產(chǎn)生的光的輸出端口，并且具有大于端口面積的表面 積。在另一實施方案中，所述至少一個內(nèi)表面具有大于端口面積的發(fā)光面 積。有利的是,與發(fā)光面積等于端口面積的二維平面照明光源相比，本發(fā) 明一種實施方案中的照明光源能夠產(chǎn)生更大的光通量通過端口。另外，在 本發(fā)明一種實施方案中，如果存在兩個或更多個發(fā)光波長不同的OLED板， 則有利的是與平面照明光源上發(fā)光波長不同的OLED板陣列相比，該照明 光源提供更好的混色。有利的是，如本發(fā)明實施方案中所提出的，在OLED 板的三維布局中，發(fā)光波長不同的兩個或更多個OLED板的一些布局可提 供提高的混色。
在圖1所示的實施方案中，照明光源10包括具有內(nèi)曲面14的三維結構 體12。圖1所示的半球形結構體是本發(fā)明的三維結構體的非限制性實例。 曲面14限定光射出所通過的端口 16。
在一種實施方案中，端口的邊緣可位于一個平面內(nèi)。在另一實施方案中， 端口的邊緣不在一個平面上。在本發(fā)明的一些實施方案中，端口的邊緣可 以是規(guī)則的或者不規(guī)則的如為鋸齒形。
在圖2所示照明光源IO的截面圖中，內(nèi)曲面14包括OLED板18R、18G 和18B。在該實施方案中，OLED板18R、 18G和18B經(jīng)配置分別發(fā)射屬于 可見光譜區(qū)的紅光(R)、藍光(B)和綠光(G)。圖3為向著端口內(nèi)觀察時的照 明光源底視圖，示出了照明光源10中紅光(R) 18R、藍光(B)18B和綠光(G) 18GOLED板的布局。在另一實施方案中，內(nèi)表面還包括能夠發(fā)射具有第四
6種顏色的光的OLED板。在圖4所示的實施方案中，OLED板18除包括紅 光(R) 18R、藍光(B) 18B和綠光(G) 18G OLED板之外還包括發(fā)射白光(W) 18W的板。在所示的該實施方案中，OLED板為非平面狀，具體而言為曲 面狀，然而在其他實施方案中，OLED板可以為平面狀而不具有任何弧度。 在本發(fā)明的一些實施方案中，照明光源中的OLED板為物理模塊式。 如本文所用，"物理模塊式"表示可在不拆卸或移去其他板的情況下移去或 更換一些板。在另一實施方案中，使用速開連接件(quick release connector) 安裝板。
在本發(fā)明的一些實施方案中，照明光源中的OLED板為"電學模塊式"。 如本文所用，術語"電學模塊式"是指板的屬性，其中可對板進行獨立電 控制。例如，設置在本發(fā)明的照明光源內(nèi)的板為"電學模塊式"，其中可獨 立改變施加在各個板上的電壓。在一種實施方案中，兩個或更多個OLED 板可串聯(lián)連接。在另一實施方案中，兩個或更多個OLED板可并聯(lián)連接。
圖5所示的照明光源110包括光控元件20如漫射元件，該元件安裝在 端口上以使從一個或多個OLED板射出的光漫射。在非限制性實例中，通 過紋理化透明材料的表面而制成表面漫射體，來形成漫射元件。表面漫射 體的其他適宜的實例包括一個或兩個表面經(jīng)紋理化具有下述結構的透明材 料凸透鏡結構或凹透鏡結構和菲涅耳透鏡結構以及這些結構的任意組合。 還可使用其他波導和光彎曲元件(light bending element)。在一種實施方案中， 光控膜為曲面板。
在另一實施方案中，將光控元件如散射元件安裝在端口 16上，以散射 一個或多個OLED板發(fā)出的光。可通過使具有高折射率的粒子懸浮在折射 率較低的介質中制成體散射系統(tǒng)，來形成散射元件。
光控元件還可以是光致發(fā)光(PL)元件。光致發(fā)光元件包括吸收一部分入 射輻射并以不同的波長重新發(fā)光的材料。在一種實施方案中，PL材料包括 下述材料吸收OLED元件發(fā)出的較短波長光(例如屬于藍光區(qū))的至少一部 分，并以較長的波長(例如屬于可見光譜的綠光區(qū)和/或紅光區(qū))重新發(fā)光。 例如，在光譜的藍光部分表現(xiàn)出吸收最大值的有機PL材料表現(xiàn)出在光語綠 光部分的發(fā)射。因而，OLED元件發(fā)射的藍光中未被吸收的部分與一種或多 種PL材料發(fā)射的綠光和紅光混合而產(chǎn)生白光。PL材料可為有機發(fā)光材料、 無機發(fā)光材料或有機和無機發(fā)光材料的混合物。
7適宜的有機PL材料的一些非限制性實例如P. F. Gordon和R Gregory, "Organic Chemistry in Colour," Springer-Verlag, Berlin,第99-101、 105-106、 126、 180、 253-255和257頁(1983)中所披露的偶氮染料、蒽醌染料、硝基 二苯胺染料、鐵(II)的l-亞硝基-2-萘酚和6-硫代-l-亞硝基-2-萘酚絡合物。 其他有機PL材料為香豆素和咕噸染料。PL染料還可包括無機發(fā)光材料。適 宜的發(fā)光材料基于YAG摻雜有多種稀土離子，例如摻鈰的鋁酸釔Y3A15012 石榴石("YAG:Ce")。發(fā)射綠光的發(fā)光材料包括但不限于Ca8Mg(Si04)4Cl2: Eu2+, Mn2+; GdB03: Ce3+, Tb3+; CeMgAlnOw: Tb3+; Y2Si05: Ce3+， Tb3+; BaMg2Al16027: Eu2+, Mn2+。發(fā)射紅光的發(fā)光材料包括但不限于Y203: Bi3+, Eu3+; Sr2P207: Eu2+， Mn2+; SrMgP207: Eu2+, Mn2+; (Y， Gd)(V, B)04: Eu3+; 3.5MgO '0.5MgF2,GeO2:Mn"(氟鍺酸鎂)。發(fā)射藍光的發(fā)光材料包括但不限 于BaMg2Al16027: Eu2+; Sr5(PO4)10Cl2: Eu2+; (Ba， Ca, Sr)5(PO4)10(Cl, F)2: Eu2+; (Ca, Ba, Sr) (Al， Ga)2S4: Eu2+。發(fā)射黃光的發(fā)光材料包括但不限于(Ba， Ca， Sr)5(PO4)10(Cl, F)2: Eu2+, Mn2+。
在非限制性實例中，將發(fā)光材料粒子分散在成膜聚合物材料如聚丙烯酸 酯、基本透明的有機硅或環(huán)氧中。使用小于聚合物材料和發(fā)光材料混合物 的約30體積％的發(fā)光材料組成。將溶劑添加到混合物中，以將成膜材料的 粘度調節(jié)到所需的水平。在非限制性實例中，可通過將已知重量的非可見 光吸收粒子與10克未固化的聚二曱基硅氧烷樹脂(固化膜的n-1.41)混合， 制備具有可變光散射的獨立帶。兩種適于這種應用的粉末為冷白光(CW)發(fā) 光材料((150=6 pm)(可商購)和ZrO2粉末(d50-0.6 |im)。中值粒徑經(jīng)由光散射確 定。典型的重量分配為0.2%~1.76%的Zr02和1%~20%的CW發(fā)光材料粒 子。通過在基底上噴涂、浸涂、印刷或流延，使成膜材料和發(fā)光材料粒子 的混合物形成層。然后，將膜從基底上取下并安裝在端口上。
有機器件易受到環(huán)境中存在的活性物質例如氧、水蒸氣、硫化氫、SOx、 NOx、溶劑等的侵蝕，導致器件性能劣化。在本發(fā)明的再一實施方案中，如 圖6所示，照明光源210包括安裝在端口 16上的阻擋元件22。阻擋元件可 幫助保護OLED板。在另一實施方案中，這些阻擋元件經(jīng)設計僅較小程度 地影響光透射并可有效延長器件壽命而沒有降低整個器件的效率。在一種 實施方案中，阻擋元件基本透明。術語"基本透明'，表示在選定的波長范 圍內(nèi)允許至少約50%,優(yōu)選至少約80%,更優(yōu)選至少90%的總透射率。選定的波長范圍可屬于可見光區(qū)、紅外光區(qū)或紫外光區(qū)。在非限制性實例中，
阻擋板限制活性物質例如氧和水蒸氣滲入OLED板中的有機材料。
阻擋元件可包括阻擋材料，例如但不限于，有機材料、無機材料、有機 -無機混合材料或多層有機-無機材料或金屬箔。有機阻擋材料可包含碳、氫、 氧和任選的其他次要元素如硫、氮和硅。有機材料可包括丙烯酸酯、環(huán)氧、 環(huán)氧胺、二曱苯、硅氧烷、有機硅等。無機和陶乾材料通常包括氧化物，
氮化物，碳化物，硼化物，氮氧化物，碳氧化物或第IIA、 IIIA、 IVA、 VA、 VIA、 VIIA、 IB和IIB族元素的組合；第IIIB、 IVB和VB族金屬元素和稀 土金屬。例如，可通過硅烷(SiH4)和有機材料如曱烷或二曱苯產(chǎn)生的等離子 體的復合，將碳化硅沉積在基底上，從而形成阻擋元件。在另一實例中， 可通過有機硅前體如四乙氧基硅烷、六曱基二硅氧烷、六甲基二硅氮烷或 八甲基環(huán)四硅氧烷產(chǎn)生的等離子體沉積碳氧化硅。
在本發(fā)明另一實施方案中，如圖7所示，照明光源310包括安裝在端口 16上的基本透明的發(fā)光元件24。在非限制性實例中，發(fā)光元件為基本透明 的白光元件。在另一實施方案中，白光板為有機白光元件。
在再一實施方案中，可將圖案生成元件設置在端口上。圖案的非限制性 實例包括具有字母和數(shù)字的標志、幾何形狀和具有美學特征的圖案。在一 種實施方案中，圖案生成元件中的圖案具有不同的透射率。例如，圖案優(yōu) 選透射或過濾某種波長或多個波長范圍的光。圖案的不同部分可透過或過 濾一定波長或波長范圍的光。圖8所示的照明光源410包括圖案生成元件 26，該元件具有圖案化于其上的文字"EXIT" 28。在一種非限制性實例中， 圖案"EXIT"優(yōu)選透射紅光，而圖案生成元件的其余部分是不透明的。
安裝在端口上的元件例如阻擋元件、光控元件或圖案生成元件可以為平 面狀而沒有小面或弧度，或者可以為具有小面和/或弧度的非平面狀。在一 種實施方案中，安裝在端口上的元件可拆卸地連接在端口上。
在本發(fā)明另 一 實施方案中，照明光源為半柱狀或部分柱狀三維結構體 (全柱狀結構體的一部分)，該結構體的內(nèi)曲面上安裝有一個或多個OLED板 并且在該結構體的各曲面端具有側板。在一種實施方案中，側板可包括一 個或多個OLED板。在另一實施方案中，側板可包括一個或多個反光板。
在本發(fā)明一種實施方案中，OLED板包括一個或多個OLED元件。圖9 示出了包括OLED元件32和固定件33的OLED板30。在圖10所示的替
9換性實施方案中，OLED板34包括多個OLED元件36。圖10示出了包括 支撐多個OLED元件36的固定件37的OLED板34。在本發(fā)明另 一實施方 案中，固定件包含反射材料。在非限制性實例中，反射材料為金屬。在本 發(fā)明一種實施方案中，固定件的至少一個表面為曲面。盡管圖9和圖10所 示的實施方案將OLED元件示為支撐在單獨的固定件上，然而，在本發(fā)明 其他實施方案中(未示出)，OLED板不包括單獨的固定件，而是直接固定在 一起而形成三維結構體。在一種實施方案中，使用定位銷將OLED板固定 在框架上。將板固定在框架上的其他方式包括但不限于使用雙面膠帶、使 用雙面膠模、使用膠粘劑、使用定位/插槽和使用鉸接件。
板上的元件可獨立尋址或電連接，以使一對電連接件向設置在板內(nèi)的各 OLED元件提供電力。在一些實施方案中，OLED元件可以是能夠發(fā)射多種 波長的串聯(lián)或疊層器件。在其他實施方案中，OLED元件串聯(lián)連接。在再一 些實施方案中， 一個或多個OLED元件并聯(lián)連接。
在其他實施方案中，如圖11至14所示，三維結構體包括多個內(nèi)部小面。 在圖11中，照明光源38包括具有5個小面(四個側壁和一個頂蓋)的三維結 構體40,所述5個小面限定端口 44。 OLED板42安裝在所有小面的內(nèi)表面 上。在圖12所示的另一實施方案中，照明光源46包括四面體三維結構體 48，該結構體具有光射出所通過的端口 50。在圖13所示的類似實施方案中， 照明光源52包括具有端口 56的金字塔形結構體54。圖14所示的實施方案 示出了具有多個限定端口 62的外部小面的照明光源58。
在本發(fā)明一種實施方案中，至少兩個OLED板中每一個OLED板的光 輸出獨立可控。照明光源還可包括對一個或多個OLED板控制和輸送電力 的電路元件。在另一實施方案中，照明光源經(jīng)配置選擇性驅動一個或多個 OLED板。OLED板中所包括的一個或多個OLED元件可進一步連接在還能 夠控制各OLED元件的光發(fā)射的電路元件上。照明光源還可包括提供驅動 OLED板所需的電壓的電路元件。照明光源可包括串聯(lián)連接的諸如交流-直 流轉換器和二極管等電路元件，以將可獲得的交流電轉換為所需的直流電。 在另一實施方案中，照明光源可直接由交流電驅動。可存在于照明光源中 的其他電路元件的非限制性實例包括電阻器、變阻器、分壓器和電容器。 在一種實施方案中，連接在一起的OLED元件為串聯(lián)連接OLED構造。
通過參考美國專利7049757、美國專利6566808、美國專利6800999、2002年7月31日提交的專利申請(已放棄)S/N: 10/208543(專利公開號 US20020190661A1)、2004年7月10日提交的共同未決申請10/889498(專利
發(fā)明者杰 劉, 唐納德·F·福斯特, 斯維特拉納·羅戈杰維克, 約瑟夫·J·夏昂 申請人:通用電氣公司