專利名稱：照明裝置的制作方法
照明裝置
本發(fā)明涉及具有電致發(fā)光層和設(shè)置以同時發(fā)射散射光和定向光的 襯底的照明裝置。
電致發(fā)光裝置，通常稱為發(fā)光二極管(LED),是便宜的細光源(thm light source)。特別是有機LED ( OLED )非常適于大面積照明。LED 可以廣泛地用于普通照明、信號、汽車照明和顯示器背光。OLED通常 包括設(shè)置在通常為陰極的反射電極和通常為陽極的形成在透明襯底上 的透明電極之間的一個或多個發(fā)光有機層。當在電極之間施加電壓時， 發(fā)光有機層發(fā)光。通常OLED發(fā)射的散射光對某些應(yīng)用例如辦公照明是 方便的，但是對聚光照明、探照燈或臺燈是不利的。
現(xiàn)有傳統(tǒng)的探照燈或聚光燈在小通用光源附近設(shè)置彎曲反射鏡和 /或透鏡以引導光。這些反射鏡和透鏡很貴，可能很重并且相當占地 方。文獻US2004/0042198公開了一種可能用作定向光源的有機發(fā)光裝 置，包括位于有機LED襯底上以用于把透射光會聚到所希望方向的透鏡 陣列(lenslet array)。
然而，沒有光源能同時發(fā)射散射光和定向光，例如不存在具有同時 照明房間和桌面的單個光源的集成照明裝置。
本發(fā)明的目的是為照明裝置提供設(shè)置以同時發(fā)射散射光和定向光 的單一光源。
本發(fā)明的目的可以通過具有形成在襯底上的發(fā)光層結(jié)構(gòu)的照明裝 置實現(xiàn)，該發(fā)光層結(jié)構(gòu)包括在第 一和第二電極之間以穿過襯底發(fā)射光的 至少一個電致發(fā)光層，該襯底包括發(fā)射散射光的第一襯底區(qū)域和發(fā)射定 向光的第二襯底區(qū)域。對于具有透明襯底的散射光源，定向光表示光傳 播方向與朗伯分布(lambert distribution )完全不同的光。例如，定向光 是在具有焦距的光內(nèi)部的光，具有平行光傳播方向的光或稍微分散的 光。某些應(yīng)用需要簡單、便宜和細光源并且具有多功能性以便于自由設(shè) 計，例如汽車內(nèi)部照明或家庭照明。電致發(fā)光層結(jié)構(gòu)是細光源，其中散射光發(fā)射區(qū)域和定向光發(fā)射區(qū)域能夠集成在薄的單一光源中，并且第二 襯底區(qū)域具有良好的光聚焦(光束形成)性能，笫 一襯底區(qū)域發(fā)射的散射 光具有良好室內(nèi)照明性能。
在優(yōu)選實施例中，電致發(fā)光層是有機電致發(fā)光層，因為有機LED價
格便宜且為彈性大面積光源，能夠給人們很大的設(shè)計自由以把照明裝置 應(yīng)用到不同領(lǐng)域中。
如果第二襯底區(qū)域包括至少一個光準直結(jié)構(gòu)，則是有利的。光準直
結(jié)構(gòu)會把散射光轉(zhuǎn)換成定向光，其中通過選擇適當?shù)墓鉁手苯Y(jié)構(gòu)尺寸， 可以使定向光的性能適用于不同的應(yīng)用。
如果光準直結(jié)構(gòu)是周期性結(jié)構(gòu)以在整個第二襯底區(qū)域上得到限定 的光投影性能，也是有利的。
如果光準直結(jié)構(gòu)在光發(fā)射的相反方向上具有與電致發(fā)光層和光準 直結(jié)構(gòu)間距離相等的第一焦距，是尤為有利的。在電致發(fā)光層設(shè)置在光 準直結(jié)構(gòu)焦距距離處的情況下，光源具有良好的光發(fā)射特性。
如果光準直結(jié)構(gòu)在光發(fā)射方向上具有至少10cm的第二焦距，優(yōu)選 為至少20cm,特別優(yōu)選為30cm,則是更加有利的。在不同應(yīng)用需要情況 下，第二焦距在第二焦距周圍距離處提供明亮的光強，例如用于閱讀目 的或物體如圖片或雕塑的聚光燈照明。
如果光準直結(jié)構(gòu)包括光準直結(jié)構(gòu)玻璃例如透鏡、棱鏡、菲涅耳透鏡 和拋物面(parabolic)光準直器的其中至少一個，則是尤為有利的。這些 結(jié)構(gòu)具有適用于多種應(yīng)用的投射性質(zhì)。這里的拋物面光準直器為三維拋 物面狀鏡面部分，其中 一個拋物面狀鏡面?zhèn)让娴慕裹c位于相對拋物面狀 鏡面?zhèn)让嫔?，反之亦然。拋物面光準直器可以由材料如塑料或玻璃?充。菲涅耳透鏡是具有圓形或其它形狀的傳統(tǒng)透鏡的折疊版(collapsed version)。例如，圓形菲涅耳透鏡包括多個同心環(huán)。
如果光準直結(jié)構(gòu)包括拋物面光準直器，并且面對發(fā)光層結(jié)構(gòu)的襯底 表面提供在拋物面光準直器之間的反射區(qū)域，則是更有利的。這里，散 射光不會穿過拋物面光準直器之間的襯底區(qū)域離開第二襯底區(qū)域。在經(jīng) 歷一些反射后，散射光會被反射回反射電極，并且有可能進入拋物面光 準直器。
如果第二襯底區(qū)域包括拋物面光準直器，并且在拋物面光準直器頂 上的光發(fā)射方向具有菲涅耳透鏡，則照明裝置是更加有優(yōu)勢的。拋物面 光準直器提供進入菲涅耳透鏡的準直光以得到具有可調(diào)節(jié)焦距的良好 聚焦的光。
在優(yōu)選實施例中，為了分別調(diào)節(jié)第一和第二襯底區(qū)域的發(fā)射光，結(jié) 構(gòu)化所迷電極的至少一個。通過結(jié)構(gòu)化的電極，有可能向穿過第一和第 二襯底區(qū)域發(fā)射的電致發(fā)光層施加不同的驅(qū)動電壓以分別調(diào)節(jié)室內(nèi)照 明和定向(聚光)照明。
在更優(yōu)選的實施例中，設(shè)置電致發(fā)光層以通過第 一襯底區(qū)的發(fā)射第 一光譜范圍的光，和通過第二襯底區(qū)的發(fā)射不同于第一光譜范圍的第二 光譜范圍光。
參考附圖中示出的示例，將進一步描述本發(fā)明，然而，本發(fā)明不限 于此。


圖1:本發(fā)明照明裝置的頂視圖，
圖2:沿著圖1示出的線A-B的本發(fā)明照明裝置的截面圖； 圖3 :本發(fā)明照明裝置的側(cè)視圖4:包括棱鏡陣列的本發(fā)明照明裝置沿圖1中示出的線A-B的截 面圖5:包括集中透鏡陣列的本發(fā)明照明裝置沿著圖1示出的線A-B 的截面圖6:包括拋物面光準直陣列的本發(fā)明照明裝置沿著圖1示出的線 A-B的截面圖7:包括拋物面光準直器陣列和菲涅耳透鏡的本發(fā)明照明裝置沿 著圖1示出的線A-B的截面圖。
圖1示出了本發(fā)明的照明裝置的襯底2的頂視圖，該襯底包括第一 襯底區(qū)域21,用于發(fā)射散射光，如同是在襯底(圖1中未示出)下的發(fā) 光層結(jié)構(gòu)4中所產(chǎn)生。襯底2由透明材料構(gòu)成，通常為玻璃或塑料材料 如PMMA或PET。在襯底-空氣界面的頂面可以是平坦的，或具有提高 光輸出耦合的結(jié)構(gòu),例如具有 一定粗糙度的表面結(jié)構(gòu)，或其它光輸出耦合 結(jié)構(gòu)?？蛇x擇地，用于提高光輸出耦合的結(jié)構(gòu)可以是附加層，典型地為 層疊在平坦頂面上的塑料層。
本發(fā)明(見圖1 )照明裝置的襯底2包括至少一個把來自發(fā)光結(jié)構(gòu)4 的散射光轉(zhuǎn)換成定向光的第二襯底區(qū)域22 。第二襯底區(qū)域的形狀取決于 應(yīng)用的環(huán)境，其可以是長方形、圓形、橢圓或任何其它形狀。第二襯底 區(qū)域的數(shù)量和第 一與第二襯底區(qū)域之間的比率也取決于應(yīng)用的需要。例 如，具有附加閱讀功能的用于汽車內(nèi)部照明的照明裝置包括幾十平方厘 米的較大的第 一襯底區(qū)域，而提供用于閱讀的定向或聚光照明的第二襯 底區(qū)域可以在幾個平方厘米的數(shù)量級。作為第二個示例，具有聚光燈功 能的集成臺燈可以是長方形的，例如在10cm乘100cm的面積范圍內(nèi)， 其中具有6cm乘6cm的(第二襯底區(qū)域)聚光照明區(qū)域。指定尺寸僅 僅是一個示例，對于其它應(yīng)用尺寸可以改變。
圖2示出了照明裝置沿著圖1中示出的線A-B的截面圖。照明裝置 包括形成在襯底2上的發(fā)光結(jié)構(gòu)4。發(fā)光結(jié)構(gòu)4包括至少一個電致發(fā)光 層，設(shè)置在通常為透明陽極的第一電極41和通常為反射陰極的第二電極 43之間,用于為電致發(fā)光層42提供電源。根據(jù)它們電致發(fā)光層42的特 性，電致光源通常被分為非有機光源(nLED)和有機光源(OLED)。在優(yōu)選 實施例中，電致發(fā)光層42為有機電致發(fā)光層，因為有機電致光源(OLED) 很便宜且為彈性大面積光源，給設(shè)計師足夠大的設(shè)計自由以使照明裝置 適用于不同應(yīng)用。這里的透明電極41通常是銦摻雜的氧化錫(ITO)?？?以使用具有高電導率的有機材料,如HC Starck公司的PEDT/PSS Baytron P。反射電極43的材料通常為金屬，如鋁、銅、銀或金。電極43可以設(shè) 置為均勻?qū)踊蚩梢越Y(jié)構(gòu)化成例如多個分開的導電材料區(qū)域?？蛇x擇地， 電極41也可以是均勻?qū)踊虮唤Y(jié)構(gòu)化。
有機電致發(fā)光層42可以由發(fā)光聚合物(PLED)或小發(fā)光有機分子
中和導電矩陣材料中，例如摻雜有發(fā)光絡(luò)合物(light emitting complexes) 的TCTA、 TPBI或TPD。具有提高的效率的發(fā)光結(jié)構(gòu)4可以包括在電致 發(fā)光層42和陽極41之間的空穴傳輸層例如摻雜F4-TCNQ的 MTDATA,和電致發(fā)光層42和陰極43之間的電子傳輸層例如Alq3或 TPBI。在電極與空穴和電子傳輸層之間分別也具有電子和空穴注入層。 在電致發(fā)光層4內(nèi)產(chǎn)生的光以各向同性光傳播分布發(fā)射。由于在通 常的襯底和空氣之間折射率的差別，從照明裝置發(fā)射的光的光傳播方向 的分布顯示了朗伯分布。根據(jù)本發(fā)明的襯底2包括至少一個發(fā)射散射光 31的第一襯底區(qū)域21和至少一個發(fā)射定向光32的第二襯底區(qū)域22,
其中和發(fā)射散射光的第一襯底區(qū)域21的情況一樣，穿過第二襯底區(qū)域 22的光的光傳播方向的分布明顯不同于朗伯分布，例如在具有焦距的 光束內(nèi)的光、具有平行光傳播方向的光或稍微分散的光。
圖3示出了具有不同光導向特性32的不同第二襯底區(qū)域22的一些 示例。在襯底表面一定距離處，第二襯底區(qū)域可以提供環(huán)、圓形、正方 形或矩形光斑。
在一個實施例中，通過附加層結(jié)構(gòu)提供定向光。所謂的微孔結(jié)構(gòu)用 作陽極和影響光傳播方向的襯底之間的半透明鏡。包括微孔層結(jié)構(gòu)的這 種照明裝置會被發(fā)射優(yōu)選在垂直于襯底表面的方向發(fā)射光，由此被發(fā)射 定向光。
優(yōu)選實施例采用光準直結(jié)構(gòu)代替微孔層。如圖4中所示，第二襯底 區(qū)域22包括把從電致發(fā)光層42發(fā)射的散射光轉(zhuǎn)變成定向光32的光準 直結(jié)構(gòu)23。在一個實施例中，光準直結(jié)構(gòu)23例如通過鋸切、銑削或其 它成型技術(shù)集成在襯底中。在另一實施例中，如圖4中所示，光準直結(jié) 構(gòu)層疊到平坦襯底24上以形成第二襯底區(qū)域22。例如可以通過注入成 型工藝制造光準直結(jié)構(gòu)。通過選擇光準直結(jié)構(gòu)23的適當尺寸性質(zhì)，可 以調(diào)節(jié)定向光32的性質(zhì)以適用于不同的應(yīng)用。相鄰的第一襯底區(qū)域21 仍發(fā)射散射光31。
如杲光準直結(jié)構(gòu)23是周期性結(jié)構(gòu)以得到限定的光發(fā)射性質(zhì)例如限 定的焦距，則是更有利的。在圖4和圖5中給出了兩個示例，其中第二 襯底區(qū)域22包括棱鏡陣列(圖4)或透鏡陣列(圖5)的光準直結(jié)構(gòu)23。 在優(yōu)選實施例中，光準直結(jié)構(gòu)23在光32發(fā)射的相反方向上提供了與電 致發(fā)光層42和光準直結(jié)構(gòu)23之間距離相等的第一焦距。以這個距離設(shè) 置的電致發(fā)光層42能使光準直結(jié)構(gòu)23提供更多的定向光32。如果光準 直結(jié)構(gòu)23在光發(fā)射方向32上提供至少10cm，優(yōu)選至少為20cm，特別 優(yōu)選為30cm的第二焦距，則是更有利的。第二焦距提供了用于不同應(yīng) 用的明亮光，例如閱讀目的或物體如圖片或雕塑的聚光照明的光。
圖6示出了另一優(yōu)選實施例，其中光準直結(jié)構(gòu)23并沒有如前面附 圖中所示層疊在平坦襯底24上。這里，光準直結(jié)構(gòu)23由拋物面光準直 器231的陣列構(gòu)成，在相鄰的拋物面光準直器231之間具有距離232。 給定的尺寸可以根據(jù)不同的應(yīng)用而變化。拋物面光準直器(PLC)的名 稱起源于，PLC包括如圖6中拋物線所示的兩個拋物面鏡面組件，其可
以被填充材料如塑料和玻璃，具有不同的焦點。在圖6中示出的截面中
每個PLC231的左拋物面焦點位于右拋物面上，反之亦然。兩個拋物表 面相對于垂直于第二襯底區(qū)域22表面的軸是對稱的。光傳播方向分布 從在進入拋物面光準直器231之前的寬分布轉(zhuǎn)變成為離開拋物面準直器 231之后的更加定向的光傳播，從而實現(xiàn)了第二襯底區(qū)域22的定向光發(fā) 射32。為了提高向前傳播的定向光的量，面對發(fā)光層結(jié)構(gòu)4的襯底22 的表面提供在拋物面光準直器231之間的反射區(qū)域232。散射光不會通 過拋物面光準直器231之間的襯底區(qū)域232離開第二襯底區(qū)域22。在一 些反射后，散射光將會被反射回反射電極43并且有可能進入拋物面光 準直器231中。
圖7示出了本發(fā)明更優(yōu)選實施例，其中第二襯底區(qū)域22包括拋物 面光準直器231陣列和從光發(fā)射方向32上看設(shè)置在拋物面光準直器頂 上的菲涅耳透鏡233。拋物面光準直器231把電致發(fā)光層42發(fā)射的散射 光轉(zhuǎn)換為大致平行且具有圍繞垂直于襯底表面的軸的窄光傳播分布的 光。通過在拋物面光準直器231頂部上的附加菲涅耳透鏡233可以進一 步調(diào)節(jié)光的分布。菲涅耳透鏡是包括多個同心環(huán)的傳統(tǒng)透鏡的折疊版 (collapsed version)。每個環(huán)比下一個環(huán)稍細并且4巴光向中心聚焦。可 以調(diào)節(jié)脊形結(jié)構(gòu)，以得到具有不同焦距的透鏡，其可將平行光轉(zhuǎn)變成聚
焦光或把發(fā)散光轉(zhuǎn)換成準直光。在這個實施例中，拋物面光準直器提供 大致具有平行光傳播方向的準直光。如果光準直結(jié)構(gòu)23提供在光發(fā)射 方向上至少10cm，優(yōu)選至少為20cm,更優(yōu)選為至少30cm的第二焦距， 則是更有利的。第二焦距為不同應(yīng)用例如閱讀或物體如圖片或雕塑的聚 光照明提供了明亮的光。例如，利用菲涅耳技術(shù)的厚度在0.25mm至 3.2mm之間的丙烯酸、剛性乙烯基或聚碳酸酯菲涅耳透鏡具有l(wèi)cm到 61cm之間的第二焦距。同樣六角形或矩形的菲涅耳透鏡以及棱鏡陣列 也是可行的。所需第二焦距對于不同應(yīng)用可以是不同的。
在優(yōu)選實施例中，電極41和/或43中的至少一個被結(jié)構(gòu)化以分別 調(diào)節(jié)第一21和第二襯底區(qū)域22的發(fā)射光31和32。利用結(jié)構(gòu)化的電極 41和/或43 ，有可能向位于電極結(jié)構(gòu)化部分之間的電致發(fā)光層42的區(qū) 域施加不同的驅(qū)動電壓。因此可以獨立地調(diào)節(jié)通過第一襯底區(qū)域21發(fā) 射的例如用于室內(nèi)照明的光的量，和通過第二襯底區(qū)域21發(fā)射的例如 用于聚光燈的光的量。
在更優(yōu)選實施例中，設(shè)置電致發(fā)光層42以通過第 一襯底區(qū)域21發(fā) 射第一光譜范圍的光，通過第二襯底區(qū)域22發(fā)射不同于第一光語范圍 的第二光語范圍的光。例如，電致發(fā)光材料可以局部地改變。對于 SMOLED層，可以向電致發(fā)光層不同區(qū)域的電致發(fā)光材料施加不同的摻 雜材料。
參考附圖和說明描述的實施例僅僅是照明裝置的示例，不應(yīng)當理解 為限制這些示例的權(quán)利要求。被下述權(quán)利要求保護范圍覆蓋的其它實施 例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說也是可行的。獨立權(quán)利要求的數(shù)量并不意味
著權(quán)利要求的其它組合不代表有益實例。
權(quán)利要求
1.一種具有形成在襯底(2)上的發(fā)光結(jié)構(gòu)(4)的照明裝置，包括在第一電極(41)和第二電極(43)之間的至少一個電致發(fā)光層(42)，其發(fā)射穿過襯底(2)的光，所述襯底(2)包括用于發(fā)射散射光(31)的至少第一襯底區(qū)域(21)和用于發(fā)射定向光(32)的至少第二襯底區(qū)域(22)。
2. 如權(quán)利要求1所述的照明裝置，其中所述電致發(fā)光層(42)是 有機電致發(fā)光層。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的照明裝置，其中所述第二襯底區(qū)域(22) 包括至少一個光準直結(jié)構(gòu)(23)。
4. 如權(quán)利要求3所述的照明裝置，其中所述光準直結(jié)構(gòu)(23)是 周期性結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的照明裝置，其中所述光準直結(jié)構(gòu)(23) 提供在與光(32)的發(fā)射相反的方向上的第一焦距，其等于所迷電致發(fā) 光層(42)和所述光準直結(jié)構(gòu)(23)之間的距離。
6. 如權(quán)利要求3至5中任一所述的照明裝置，其中所述光準直結(jié) 構(gòu)(23)提供在光發(fā)射方向上(32)的第二焦距，至少為10cm，優(yōu)選 至少為20cm,更優(yōu)選至少為30cm。
7. 如權(quán)利要求3至6中任一所述的照明裝置，其中所述光準直結(jié) 構(gòu)(23)包括光準直結(jié)構(gòu)玻璃拋物形透鏡、棱鏡、菲涅耳透鏡和拋物面 光準直器中的至少一種。
8. 如權(quán)利要求7所述的照明裝置，其中所述光準直結(jié)構(gòu)(23)包 括拋物面光準直器(231),并且面向所述發(fā)光結(jié)構(gòu)(4)的所述襯底(2) 的表面提供在所述拋物面型光準直器(231)之間的反射區(qū)域。
9. 如權(quán)利要求7或8所示的照明裝置，其中所述第二襯底區(qū)域(22 ) 包括拋物面型光準直器(231),以及在光發(fā)射方向上在拋物面型光準 直器頂上的菲涅耳透鏡(233 )。
10. 如權(quán)利要求1至9中任一所述的照明裝置，其中所述電極(41， 43)的至少一個被結(jié)構(gòu)化以分別調(diào)節(jié)第一襯底區(qū)域(21)和第二襯底區(qū) 域(22)的發(fā)射光(31, 32)。
11. 如權(quán)利要求1至10中的任一所述的照明裝置，其中設(shè)置所述 電致發(fā)光層(42)以通過第一襯底區(qū)域(21 )發(fā)射第一光譜范圍光，和 通過第二襯底區(qū)域(22)發(fā)射不同于第一光譜范圍的第二光譜范圍光。
全文摘要
一種具有形成在襯底(2)上的發(fā)光結(jié)構(gòu)(4)的照明裝置，包括在第一(41)和第二電極(43)之間的至少一個電致發(fā)光層(42)，其發(fā)射穿過襯底(2)的光，該襯底包括發(fā)射散射光(31)的至少第一襯底區(qū)域(21)和發(fā)射定向光(32)的至少第二襯底區(qū)域(22)。
文檔編號H01L27/32GK101199057SQ200680021376
公開日2008年6月11日 申請日期2006年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月15日
發(fā)明者D·伯特拉姆, L·王 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司