專利名稱：設置于擴散屏上的具有宏觀結構寬度的雜光發(fā)射器層的白光led的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及場致發(fā)光的發(fā)光裝置和有關的領域，尤其涉及根據(jù)專利的權利要求1的導言的場致發(fā)光的發(fā)光裝置，該發(fā)光裝置可用作白光源。
過去，努力開發(fā)了各種概念來根據(jù)白熾或鹵素燈取代常規(guī)的白光源。
最先進的概念基于根據(jù)GaN或InGaN的半導體LED，它至少部分嵌入包含轉換器物質的透明鑄件(casting)樹脂材料中，所述轉換器物質用于LED所發(fā)射的光的至少部分波長轉換。在這種情況中，LED優(yōu)選具有多個發(fā)光區(qū)域，在能量方面，它產(chǎn)生轉換器物質的發(fā)射譜上相對寬頻帶的光發(fā)射譜。在穿過鑄件樹脂合成物時，通過轉換器物質將由GaN-LED發(fā)射的藍或UV波長范圍中的光至少部分轉換成具有黃光譜范圍內(nèi)波長的光，從而通過附加的色彩混合產(chǎn)生白光。根據(jù)這種概念，諸如手電筒之類的小型發(fā)光源近來被引入商用。但是，這些產(chǎn)品仍具有各種缺點。首先，這些白光源的光譜的光發(fā)射曲線仍非最佳，從而在許多情況中不能-至少不能從所有的觀察角度-提供白光源的生理光學效果。此外，由于GaN-LED仍過低的光功率和必要的光轉換而限制了根據(jù)這種概念可以產(chǎn)生的白光源的發(fā)光強度。因此，近期根據(jù)這種概念預計不會出現(xiàn)具有高發(fā)光強度的大面積白光源。
生產(chǎn)白光源的又一概念是基于基片上多個半導體層和相應的pn結的單片集成，組成半導體材料從而在pn結中通過電流注入產(chǎn)生具有不同波長的光。US-A-6 163038描述了根據(jù)GaN材料系統(tǒng)的這種白光源。兩個實施例描述了一些部件，其中生產(chǎn)具有三個pn結的半導體層排列，它發(fā)射互補顏色紅、綠和藍的波長的光，由此達到白光源的光學效果。原則上，這種概念具有優(yōu)點，即可以產(chǎn)生任何所需顏色的復色光，從而導致顯示和照明裝置范圍中應用的多樣性。但是，即使采用這種類型的部件，也不能產(chǎn)生具有高發(fā)光強度和在成本方面可保持花費的大面積照明裝置。
白光源的再一種概念是基于有機發(fā)光二極管(OLED)，近來其發(fā)展很快并以商業(yè)性地用于機動車輛的顯示裝置上。有機發(fā)光二極管可以相對較容易地產(chǎn)生白光，由于有機物質卓越的多樣性，不同的發(fā)射器可以結合在一起以產(chǎn)生白光。已公開的德國專利申請DE199 16 745A1描述了具有用于產(chǎn)生混合顏色光的有機發(fā)光物質的發(fā)光二極管，其中包含有機發(fā)光物質的層設置在兩個電極層和兩個基片載體之間，在這種情況中一個載體由擴散屏(diffusing screen)形成。有機光發(fā)射器層具有帶狀結構，其中至少兩種類型的帶被交替設置且在每種情況中一種類型的帶具有發(fā)射特定顏色的光的有機發(fā)光物質，一種類型的多個帶共同地被驅動。選擇兩種或三種帶類型的有機發(fā)光物質從而，給定合適的驅動，各帶所發(fā)射的光的混合就會產(chǎn)生白光。但是，該實施例中描述的部件的一個缺點在于光發(fā)射器層的帶的寬度很小以至于在人眼正常觀察時不能分別帶狀結構，這導致部件的生產(chǎn)變得相對復雜。
因此，本發(fā)明的一個目的在于說明一種場致發(fā)光的發(fā)光裝置，用該裝置可以附加地混合和產(chǎn)生改變波長的可見光且可以成本有效地產(chǎn)生。這種場致發(fā)光的發(fā)光裝置旨在能夠特別地用作白光源。
這個目的是通過專利的權利要求1所賦予的特點而實現(xiàn)的。在從屬權利要求中說明了有利的發(fā)展和改進。
本發(fā)明從上述文獻DE 199 16 745所述發(fā)光裝置開始，其中以帶狀結構在電極層之間將光發(fā)射器層交替橫向彼此相鄰地設置。
本發(fā)明基于基本理解，即絕對不必提供用于由光發(fā)射器帶發(fā)射的放射光束的附加顏色混合的帶狀結構的微觀結構。相反，本發(fā)明的基本特點，即光發(fā)射器層彼此的橫向伸展和/或橫向距離具有一量級從而可以在觀察時僅通過肉眼分辨。對于由光發(fā)射器層發(fā)射的放射光束的顏色混合，則必須選擇形成擴散屏的基片的厚度以使光發(fā)射器層發(fā)射的放射光束至少部分疊加在基片的光出射層(light exit surface)上。因此，基片必須至少具有一定厚度，從而將被混合的單個放射光線在通過基片時受到足夠的散射加寬。
結果，為了生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的場致發(fā)光裝置，不需要復雜的掩膜和構成步驟，諸如微電子的實例中已知的?？梢蕴峁┕獍l(fā)射器層的宏觀橫向伸展，這可以通過簡單的結構措施產(chǎn)生。
從肉眼的分辨率已知的標準值是1角分＝1/60度。給定從光發(fā)射器層起的1m的觀察距離，這對應于0.29mm。如果假定觀察距離是30cm，則產(chǎn)生約100μm的分辨率。結果，對橫向距離和/或帶類型的光發(fā)射器層的寬度的約100μm的值可以假定為對仍能由肉眼分辨的光發(fā)射器層的橫向尺寸的有利的下限。
對于形成擴散屏的基片的厚度，這應該大于擴散屏中光發(fā)射器層所發(fā)射的放射光束的平均散射長度，最好明顯地更大。在稍簡化的限定中，散射長度這里可以理解為在具有給定頻率的光子由于散射改變其方向之前走過的平均自由程長度。因此，具有相對較強的散射屬性的擴散屏具有對應的較短的平均散射長度，從而該擴散屏的厚度可以對應地小于具有較弱散射屬性的擴散屏的情況。為了獲得不同放射光束的足夠的疊加，光發(fā)射器層之間的距離可以進一步對擴散屏的厚度起作用。較佳地，除了上述標準，擴散屏的厚度應選為至少約與光發(fā)射器層之間的距離一樣大。
在這種情況中，光發(fā)射器層優(yōu)選由有機材料以本身已知的方式制成。如僅近來實驗性示出的，可以采用以下方式沉積合適的有機材料，即電荷載流子可以通過兩個電子-或空穴-注入電極進入有機層且可以因此形成有機發(fā)光二極管(OLED)。
提供了具有不同的發(fā)射光譜的兩種或多種不同類型的光發(fā)射器層，其混合產(chǎn)生白光?？梢栽O置兩個未構成的電極層在光發(fā)射器層的兩側上延伸，從而總是共同地驅動光發(fā)射器層。但是，在這種情況中，不能考慮一事實，即光發(fā)射器層的不同有機材料有不同的老化時間，從而由于一個光發(fā)射器層比另一個更快地損失其發(fā)光度，白光源的光學效果在時間過程上逐漸消耗。
因此，有利的實施例提供排列在光發(fā)射器層的一側上的多個電極，其中可以分別從彼此驅動具有不同發(fā)射光譜的光發(fā)射器層并可以共同地驅動具有相同發(fā)射光譜的光發(fā)射器層。結果，在使用中，一種類型的光發(fā)射器層的可能降低的發(fā)光度可以相應地通過施加增加的電壓而補償。不考慮有機材料的不同老化時間的問題，該實施例可以用來控制單獨需要的白光源形成的照明裝置的著色，即作為實例，在白光光譜中更強或更弱地著重紅色或藍色部分。
例如，在可以用于小型白光LEID的簡單實施例中，在每種情況下僅由一個光發(fā)射器層表示為光混合提供的發(fā)射光譜。但是，實施例也是可以了解的，特別是對于大面積照明裝置，其中在每種情況下由多個光發(fā)射器層表示發(fā)射光譜。如果光發(fā)射器層以帶狀形式構成，則在這個主體中光發(fā)射器層可以根據(jù)它們的發(fā)射光譜以交替的順序排列。
但是，以帶狀形式構成光發(fā)射器層不是本發(fā)明必要的組成部分。相反，光發(fā)射器層也可以排列成彼此橫向相鄰的點狀或圓盤類型的層。特別是，如果由其發(fā)射光譜中紅、綠和藍發(fā)光發(fā)射器層形成光發(fā)射器層，則可以用包括三個圓點類型的光發(fā)射器層的三點色組的形式排列光發(fā)射器層，這是彩色顯示屏幕技術中已知的。在這種實施例的情況中，對于肉眼的分辨率標準，可以將約100μm的值同樣地假定為圓形層的直徑和/或它們中點之間相互距離的下限。
有利的實施例提供了三種類型的光發(fā)射器層，各自的基本單色發(fā)射光譜分別具有紅、綠和藍波長范圍中的最大值。如果由光發(fā)射器層以相同的發(fā)光強度發(fā)射，則三種單色的混合將產(chǎn)生白光。
但是，還可以僅使用兩種類型的光發(fā)射器層，其各自的發(fā)射光譜在黃和藍波長范圍內(nèi)具有最大值，必須以較高的發(fā)光度設定黃光發(fā)射器層。
例如，還可以使用具有不同發(fā)光光譜的超過三種類型的光發(fā)射器層，以使白光譜盡可能接近日光。
以下將參考附圖更詳細地說明根據(jù)本發(fā)明的光發(fā)射裝置，其中

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的白光源的側視或剖視圖；圖2示出圖1的白光源的平面圖。
附圖示出包括三個雜色發(fā)射的光發(fā)射器層的實施例。該光發(fā)射器層由有機LED構成。
將第一透明電極層7施加到光散射基片4上，它例如可以由具有嵌入的散射中心的乳白玻璃屏或塑料基片構成。電極層7例如可以由ITO(氧化銦錫)層構成。
然后，以帶狀形式將光發(fā)射器層1、2和3連續(xù)施加到第一電極層7上。在每種情況下的光發(fā)射器層1、2和3包括由n-和p-摻雜的有機材料制成的層排序，從而在該層排序內(nèi)形成pn結。選擇有機材料從而第一光發(fā)射器層1在紅光譜范圍內(nèi)的波長處具有發(fā)射最大值，第二光發(fā)射器層2在綠光譜范圍內(nèi)的波長處具有發(fā)射最大值，而第三光發(fā)射器層3在藍光譜范圍內(nèi)的波長處具有發(fā)射最大值。
肉眼可以觀察基片4上的帶狀光發(fā)射器層1、2和3，且它們具有諸如約1mm的帶寬度。
通過實例說明由第一光發(fā)射器層1發(fā)射的放射光束。對于顏色混合和白光產(chǎn)生來說，發(fā)射光的平均橫向散射加寬顯著地大于帶狀光發(fā)射器層的寬度是很重要的。僅當由光發(fā)射器層1、2和3發(fā)射的放射光束的足夠疊加出現(xiàn)在基片4的光出射表面上時，相對于光發(fā)射器層，使用中的光發(fā)射裝置由觀察者視為白光源。
在每種情況下將電極層8施加到帶狀光發(fā)射器層1、2和3的后表面上。最后，將反射層5施加到整個結構上，并確保在基片4的方向上向前反射由光發(fā)射器層1、2和3的pn結在向后方向上發(fā)出的光。反射層5可以作為金屬或其它介質層嵌入。然后，引線6(圖1中未示出)可以鋪設到三個OLED的每一個并在每種情況下連接到電極層8。通過該引線6，就可以從電壓源向OLED施加不同的電壓，其共同異性極連接到第一電極層7。
在所示的實例性實施例中，每個發(fā)射類型僅由一個光發(fā)射器層表示。對于需要較高發(fā)光強度和/或較大發(fā)光面積的情況中，可以以其光譜類型的交替順序應用光發(fā)射器層的更多帶。
權利要求
1.一種場致發(fā)光的發(fā)光裝置，尤其用作白光源，，它包括透明基片(4)，形成為擴散屏，至少一個第一透明電極層(7)，它被應用到基片(4)上，多個場致發(fā)光的光發(fā)射器層(1，2，3)，它們橫向彼此相鄰地排列在第一電極層(7)上并可以從它們的發(fā)射通過加色混合產(chǎn)生白光輻射，和至少一個第二電極層(15)，它被應用到光發(fā)射器層(1，2，3)上，其特征在于，彼此間的光發(fā)射器層(1，2，3)的橫向伸展和/或橫向距離具有一量級從而它可以僅在觀察時由肉眼分辨，基片(4)的厚度被選擇成使光發(fā)射器層(1，2，3)發(fā)射的放射光束在基片(4)的光出射表面上至少部分疊加。
2.如權利要求1所述的場致發(fā)光的發(fā)光裝置，其特征在于，廣發(fā)射器層(1，2，3)由有機材料制成。
3.如權利要求1或2所述的場致發(fā)光的發(fā)光裝置，其特征在于，多個第一和/或第二電極(7，5)以這種方式排列，即可以彼此分開地驅動具有不同發(fā)射光譜的光發(fā)射器層(1，2，3)而共同驅動具有同樣發(fā)射光譜的光發(fā)射器層。
4.如權利要求1到3中任一項所述的場致發(fā)光的發(fā)光裝置，其特征在于，所提供的發(fā)射光譜僅由每種情況下一個光發(fā)射器層(1，2，3)表示。
5.如權利要求1到3中任一項所述的場致發(fā)光的發(fā)光裝置，其特征在于，所述發(fā)射光譜由每種情況下多個光發(fā)射器層提供。
6.如以上權利要求中任一項所述的場致發(fā)光的發(fā)光裝置，其特征在于，所述光發(fā)射器層(1，2，3)是帶狀形式的并彼此平行排列。
7.如權利要求5和6所述的場致發(fā)光的發(fā)光裝置，其特征在于，光發(fā)射器層根據(jù)它們的發(fā)射光譜以交替的順序排列。
8.如以上權利要求中任一項所述的場致發(fā)光的發(fā)光裝置，其特征在于，三種類型的光發(fā)射器層(1，2，3)，其發(fā)射光譜各自在紅、綠和藍波長范圍中具有最大值。
9.如權利要求1到7中任一項所述的場致發(fā)光的光發(fā)射裝置，其特征在于，兩種類型的光發(fā)射器層，其發(fā)射光譜各自在黃和藍波長范圍中具有最大值。
10.如以上權利要求中任一項所述的場致發(fā)光的發(fā)光裝置，其特征在于，基片(4)由具有嵌入的散射中心的乳白玻璃屏或塑料基片構成。
11.如以上權利要求中任一項所述的場致發(fā)光的發(fā)光裝置，其特征在于，光發(fā)射器層(1，2，3)在它們表面上遠離基片(4)設有反射層(5)。
12.如權利要求11所述的場致發(fā)光的發(fā)光裝置，其特征在于，第二電極層同時用作反射層。
13.如以上權利要求中任一項所述的場致發(fā)光的發(fā)光裝置，其特征在于，第一電極層(7)是應用到基片(4)上的ITO層。
全文摘要
其發(fā)射光譜可以混合成白光的諸如有機光發(fā)射器層(1，2，3)的多色發(fā)射橫向彼此相鄰地排列在第一透明電極層(7)上。光發(fā)射器層(1，2，3)較佳地是帶狀形式的并為了簡化生產(chǎn)而具有可由肉眼分辨的宏觀尺寸。由此選擇光散射基片(4)的厚度以使由光發(fā)射器層(1，2，3)發(fā)射的放射光束在基片(4)的光出射表面上至少部分疊加，由此提升白光源的光學效果。
文檔編號H01L25/075GK1555583SQ02817976
公開日2004年12月15日 申請日期2002年9月13日 優(yōu)先權日2001年9月14日
發(fā)明者K·萊奧, K 萊奧 申請人:諾弗雷德有限公司